Seja phi_n a auto-função de energia nth corretamente normalizada do oscilador harmônico, e seja psi = hatahata ^ (†) phi_n. O que é psi igual a?

Seja phi_n a auto-função de energia nth corretamente normalizada do oscilador harmônico, e seja psi = hatahata ^ (†) phi_n. O que é psi igual a?
Anonim

Considere o oscilador harmônico Hamiltoniano …

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

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

Agora, defina a substituição:

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

Isto dá:

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

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

Em seguida, considere a substituição em que:

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

de modo a # hatx "''", hatp "''" = hatx "''" hatp "''" - hatp "''" hatx "''" = eu #. Isto dá:

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

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

Desde a #hatp "''" ^ 2 # e #hatx "''" ^ 2 # pode ser fatorado em um produto de conjugados complexos, definir os operadores de escada

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

de modo a:

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

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

Desde a # - hatx "''", hatp "''" = hatp "''", hatx "''" = -i #, o termo mais à direita é #1/2#. Por inspeção,

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

Pode ser mostrado que # hata, hata ^ (†) = 1 #, assim

# hatahata ^ (†) - hata ^ (†) hata = 1 #

# => hatahata ^ (†) = 1 + hata ^ (†) hata #

e entao:

#color (verde) (hatH = ℏomega (hata ^ (†) hata + 1/2)) #

Aqui nós reconhecemos a forma do energia ser estar:

#E_n = ômega (n + 1/2) #

desde que é claro a partir desta forma que com

#hatHphi_n = Ephi_n #,

nós só temos isso

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

Então, o operador de número pode ser definido como:

#hatN = hata ^ (†) hata #

cujo autovalor é o número quântico # n # para esse auto-estado.

Conseqüentemente,

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

# = (1 + hata ^ (†) hata) phi_n #

# = (1 + hatN) phi_n #

# = cor (azul) ((1 + n) phi_n) #