Вырождение изотропного и анизотропного осциллятора
Пусть у системы есть симметрия, например вращательная: её энергия не меняется при таком преобразовании. Подобные симметрии обычно связаны с вырождением: несколько независимых собственных состояний энергии имеют одно собственное значение. Кратность вырождения энергии — число независимых состояний с этой энергией.
(a) Свободная частица движется в одном измерении и имеет определённую энергию $E=\hbar^2k^2/(2m)$.
i. Сколько линейно независимых состояний имеют эту энергию?
ii. Какая симметрия обеспечивает это вырождение?
(b) Рассмотрите двумерный гармонический осциллятор с частотами $\omega_x=\omega_y=\omega$.
i. Найдите собственные значения энергии.
ii. Какова кратность вырождения $n$-го уровня?
iii. Какая симметрия обеспечивает это вырождение?
(c) Немного изменим систему: $\omega_x=(1+\epsilon)\omega$, где $\epsilon\ll1$.
i. Найдите новые собственные значения энергии.
ii. Вырожден ли теперь спектр?
iii. Постройте первые шесть собственных энергий как функции $\epsilon$ при $-0.1\leq\epsilon\leq0.1$.
iv. Как связаны нарушение симметрии и расщепление вырожденных уровней?