Пусть phi_n - правильно нормированная собственная функция n-й энергии гармонического осциллятора, и пусть psi = hatahata ^ (†) phi_n. Чему равен пси?

Пусть phi_n - правильно нормированная собственная функция n-й энергии гармонического осциллятора, и пусть psi = hatahata ^ (†) phi_n. Чему равен пси?
Anonim

Рассмотрим гармонический осциллятор гамильтониан …

#hatH = hatp ^ 2 / (2mu) + 1 / 2muomega ^ 2hatx ^ 2 #

# = 1 / (2mu) (hatp ^ 2 + mu ^ 2omega ^ 2 hatx ^ 2) #

Теперь определите замену:

#hatx "'" = hatxsqrt (muomega) ##' '' '' '##hatp "'" = hatp / sqrt (muomega) #

Это дает:

#hatH = 1 / (2mu) (hatp "'" ^ 2 cdot muomega + mu ^ 2omega ^ 2 (hatx "'" ^ 2) / (muomega)) #

# = omega / 2 (hatp "'" ^ 2 + hatx "'" ^ 2) #

Далее рассмотрим замену где:

#hatx "''" = (hatx "'") / sqrt (ℏ) ##' '' '' '##hatp "''" = (hatp "'") / sqrt (ℏ) #

чтобы # hatx "''", hatp "''" = hatx "''" hatp "''" - hatp "''" hatx "''" = i #, Это дает:

#hatH = omega / 2 (hatp "''" ^ 2cdotℏ + hatx "''" ^ 2cdotℏ) #

# = 1 / 2ℏomega (hatp "''" ^ 2 + hatx "''" ^ 2) #

поскольку #hatp "'" ^ 2 # а также #hatx "'" ^ 2 # можно разложить в произведение комплексных конъюгатов, определить лестничные операторы

#hata = (hatx "''" + ihatp "''") / sqrt2 ##' '' '' '## hata ^ (†) = (hatx "''" - ihatp "''") / sqrt2 #

чтобы:

# hatahata ^ (†) = (hatx "''" ^ 2 - ihatx "'" "hatp"' '"+ ihatp"' '"hatx"' '"+ hatp"' '"^ 2) / 2 #

# = (hatx "''" ^ 2 + hatp "''" ^ 2) / 2 + (i hatp "''", hatx "''") / 2 #

поскольку # - hatx "''", hatp "''" = hatp "''", hatx "''" = -i #самый правый термин #1/2#, Осмотром,

#hatH = ℏomega (хатахата ^ (†) - 1/2) #

Можно показать, что # хата, хата ^ (†) = 1 #, так

# хатахата ^ (†) - хата ^ (†) хата = 1 #

# => хатахата ^ (†) = 1 + хата ^ (†) хата #

так что:

# цвет (зеленый) (hatH = ℏomega (хата ^ (†) хата + 1/2)) #

Здесь мы узнаем форму энергия быть:

#E_n = ℏomega (n + 1/2) #

так как из этой формы ясно, что с

#hatHphi_n = Ephi_n #,

у нас просто есть это

# ℏomega (хата ^ (†) хата + 1/2) phi_n = ℏomega (n + 1/2) phi_n #

Таким образом номер оператора можно определить как:

#hatN = hata ^ (†) hata #

собственное значение которого является квантовым числом # П # для этого собственного состояния.

Следовательно,

#color (blue) (psi_n = hatahata ^ (†) phi_n) #

# = (1 + хата ^ (†) хата) phi_n #

# = (1 + hatN) phi_n #

# = цвет (синий) ((1 + n) phi_n) #