Правила сумм и квантовая теорема вириала
Рассмотрите гамильтониан
$$\hat H=\frac1{2m}\hat p^2+V(\hat x)$$
одномерной квантовой системы с дискретным набором собственных функций:
$$H|a\rangle=E_a|a\rangle.$$
Вычисляя матричные элементы подходящих коммутаторов, выведите следующие соотношения.
(a)
$$\sum_{a'}|\langle a|\hat x|a'\rangle|^2(E_{a'}-E_a)=\frac{\hbar^2}{2m}.$$
Это правило сумм Томаса—Райхе—Куна.
Указание: рассмотрите $[[\hat x,\hat H],\hat x]$.
(b)
$$\langle a|\hat p|a'\rangle=\frac{im}{\hbar}(E_a-E_{a'})\langle a|\hat x|a'\rangle.$$
Указание: рассмотрите $[\hat H,\hat x]$.
Затем покажите, что
$$\sum_{a'}|\langle a|\hat x|a'\rangle|^2(E_a-E_{a'})^2=\frac{\hbar^2}{m^2}\langle a|p^2|a\rangle.$$
Это ещё одно правило сумм с весами, зависящими от энергии.
(c)
$$\langle a|\frac{\hat p^2}{2m}|a\rangle=\frac12\langle a|\hat x\partial_{\hat x}V(\hat x)|a\rangle.$$
Указание: рассмотрите $[\hat x\hat p,\hat H]$.
Это квантовомеханическая теорема вириала, которую обычно записывают в виде
$$2\langle T\rangle=\left\langle x\frac{dV}{dx}\right\rangle,$$
где $T$ — кинетическая энергия, а усреднение берётся по стационарному состоянию. Для $V(x)=\alpha x^n$ запишите вытекающее отсюда соотношение между средними значениями кинетической и потенциальной энергий.
Решения пока нет.
Предложить решение
Войти, чтобы отправить материал.