Национальный цифровой ресурс Руконт - межотраслевая электронная библиотека (ЭБС) на базе технологии Контекстум (всего произведений: 634620)
Контекстум
.

Введение в алгебру угловых моментов. Ч. 2 (220,00 руб.)

0   0
Первый авторКопытин Игорь Васильевич
АвторыКорнев Алексей Станиславович
ИздательствоИздательский дом ВГУ
Страниц67
ID385376
АннотацияЦель учебного пособия, предназначенного для студентов 4–5 курсов специальности физика, оказать помощь в освоении квантовой теории углового момента и выработать практические навыки по использованию математического аппарата алгебры угловых моментов и соответствующего справочного материала в самостоятельных расчетах. Это достигается, с одной стороны, подробным теоретическим рассмотрением основ изучаемых вопросов, с другой включением в качестве необходимого дополнения значительного количества примеров и задач.
Кому рекомендованоРекомендуется для студентов бакалавриата, обучающихся на физическом факультете Воронежского государственного университета
Копытин, И.В. Введение в алгебру угловых моментов. Ч. 2 / А.С. Корнев; И.В. Копытин .— Воронеж : Издательский дом ВГУ, 2015 .— 67 с. — 67 с. — URL: https://rucont.ru/efd/385376 (дата обращения: 19.04.2024)

Предпросмотр (выдержки из произведения)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» И.В. Копытин, А.С. Корнев ВВЕДЕНИЕ В АЛГЕБРУ УГЛОВЫХ МОМЕНТОВ Часть 2 Учебное пособие для вузов Воронеж Издательский дом ВГУ 2015 Утверждено научно-методическим советом физического факультета 2 сентября 2015 г., протокол № 9 Рецензент д-р физ.-мат. наук С.Д. Кургалин Учебное пособие подготовлено на кафедре теоретической физики физического факультета Воронежского государственного университета Рекомендуется для студентов бакалавриата, обучающихся на физическом факультете Воронежского государственного университета Для направлений: 011200 — Физика, 140800 — Ядерные физика и технологии 2 Оглавление Введение Глава 1. <...> Двухэлектронные волновые функции в представлении SMSLML . <...> . . . . . . . . . . . . . 64 4 Введение Алгебра угловых моментов представляет собой математический аппарат теоретической физики, используемый для аналитического описания спин-угловых зависимостей вероятностей процессов с участием атомных и ядерных частиц. <...> Настоящее пособие рассчитано на один семестр и требует знания математики в объеме университетского курса для физических специальностей, а также основ квантовой теории, включая движение в центральном поле и теорию представлений. <...> Главный акцент сделан на практическое применение основных соотношений алгебры угловых моментов. <...> Часть 1 содержала первоначальные сведения о квантовой теории углового момента. <...> Читатель знакомился с векторной моделью сложения моментов, неприводимыми тензорными операторами, а также законами преобразования волновых функций и операторов, действующих в пространстве угловых и спиновых переменных, при поворотах системы координат. <...> Центральным пунктом части 1 являлась теорема ВигнераЭккарта — важнейшая теорема алгебры угловых моментов. <...> В первой главе читатель знакомится с основными <...>
Введение_в_алгебру_угловых_моментов._Ч._2.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» И.В. Копытин, А.С. Корнев ВВЕДЕНИЕ В АЛГЕБРУ УГЛОВЫХ МОМЕНТОВ Часть 2 Учебное пособие для вузов Воронеж Издательский дом ВГУ 2015
Стр.1
Оглавление Введение Глава 1. Параметризация матриц конечных вращений 5 7 1.1. D-функция Вигнера . .... ..... .... .... .... 7 1.1.1. Определение D-функции ... .... .... .... 7 1.1.2. Свойства D-функции ..... .... .... .... 8 1.1.3. Интегрирование произведений D-функций . . . . 12 1.1.4. Обобщенная сферическая функция . . . . . . . . . 14 1.2. Другие представления МКВ ..... .... .... .... 15 1.2.1. МКВ в (ω,n)-представлении (U-функция) . . . . 16 1.2.2. «Инвариантное» представление МКВ . . . . . . . 17 Глава 2. Вычисление приведенных матричных элементов 22 2.1. Простейшие приведенные матричные элементы . . . . . . 23 2.2. Матричные элементы произведений операторов . . . . . 24 2.2.1. Простая физическая система .... .... .... 25 2.2.2. Составная физическая система . . . . . . . . . . . 28 Глава 3. Парциальные и мультипольные разложения 32 3.1. Биполярные и триполярные гармоники . . . . . . . . . . 32 3.2. Шаровые тензоры .. .... ..... .... .... .... 36 3.2.1. Шаровые спиноры . ..... .... .... .... 36 3.2.2. Шаровые векторы .. ..... .... .... .... 37 3.3. Разложения наиболее важных функций . . . . . . . . . . 39 Глава 4. Вращательное движение в квантовой теории 47 4.1. Волновые функции вращательного движения . . . . . . . 47 4.2. Вращение твердого тела .. ..... .... .... .... 52 Глава 5. Многоэлектронные конфигурации 54 5.1. Приближение центрального поля . . . . . . . . . . . . . . 54 5.2. Двухэлектронные волновые функции в представлении SMSLML ... .... .... ..... .... .... .... 55 5.3. Генеалогическая схема ... ..... .... .... .... 57 3
Стр.3
бами параметризации матриц конечных вращений (здесь же приведены полезные в приложениях формулы интегрирования произведений сферических функций). Вторая глава посвящена общим принципам вычисления приведенных матричных элементов на основе соотношений, полученных в первой части настоящего пособия. В третьей главе излагаются методы парциальных разложений волновых функций, не являющихся собственными функциями оператора углового момента, и операторов, не имеющих структуры сферического тензора. В четвертой главе дается квантовое описание вращательного движения молекул и ядер. Пятая глава знакомит читателя с методами описания систем тождественных частиц, находящихся в центральном поле. Поясним некоторые наиболее часто встречающиеся в данном пособии обозначения. Оператор набла ∇ определяется следующим образом: ∇n = n ∂ ∂n, где n — единичный вектор в заданном направлении; в этом же направлении вычисляется и производная. В декартовых координатах ∇= ex ∂x +ey ∂ ∂y +ez ∂ – градиент: gradf(r) ≡∇f(r); – дивергенция: divA(r) ≡ (∇·A(r)); – ротор: rotA(r) ≡ [∇×A(r)]; – лапласиан: ∇2f(r) ≡ div gradf(r); ∂z . ∂ С помощью оператора ∇ и операций векторной алгебры можно выразить основные операции векторного анализа: Используются стандартные обозначения, введенные в ч. 1 для 3j-, 6j-, 9j- и 3jm-символов, коэффициентов Клебша – Гордана CJM и Рак´ ∇2A(r) = ex∇2Ax(r)+ey∇2Ay(r)+ez∇2Az(r). а W(abcd; ef), а также Πab... =(2a+1)(2b+1) ... . ℏ = me = e = 1. (В единицах СИ ℏ = 1.055 · 10−34 Дж· с; me = 9.11 · 10−31 кг; e = 1.602 · 10−19 Кл). В пособии всюду используется атомная система единиц: j1m1 j2m2 6
Стр.6
Глава 1. Параметризация матриц конечных вращений Явный вид матриц конечных вращений (МКВ), введенных в разделе 1.3 ч. 1, полностью определяется способом параметризации поворота системы координат. В данной главе рассмотрены наиболее распространенные способы такой параметризации. 1.1. D-функция Вигнера 1.1.1. Определение D-функции Наиболее распространенным способом параметризации вращения системы координат является использование углов Эйлера (ϕ, θ,χ), которое приводит к наиболее компактным аналитическим выражениям для МКВ. Рассмотрим данный способ подробно. Обозначим декартовы оси «исходной» системы координат как (x,y,z), а «повернутой» — как (x′, y′, z′). Их общий центр— O. Переход от системы Oxyz к Ox′y′z′ осуществляется в результате трех последовательных действий (рис. 1.1). 1. Вращение системы координат против часовой стрелки вокруг оси Oz на угол 0  ϕ < 2π. При этом ось Ox переходит в Ox′′, а Oy — в так называемую узловую линию ON. 2. Вращение против часовой стрелки вокруг узловой линии на угол 0  θ  π. Ось Ox′′ при этом переходит в Ox′′′, а Oz — в Oz′. 3. Вращение против часовой стрелки вокруг оси Oz′ на угол 0  χ < 2π. В результате ось Ox′′′ и узловая линия ON занимают соответственно положения Ox′ и Oy′. В указанных интервалах своего изменения углы Эйлера однозначно характеризуют любое вращение. D-функция Вигнера определяется как матрица конечных вращений в углах Эйлера. На основании формулы (1.85) ч. 1 запишем это определение более строго: D(j) где m′m(ϕ, θ,χ) = R(j) m′m(ϕ, θ,χ) = jm′| ˆ R(ϕ, θ,χ) = exp(−iχ ˆ ) exp(−i θ ˆ ˆ Jz′ 7 R(ϕ, θ,χ) |jm , JN) exp(−iϕ ˆ (1.1) Jz). (1.2)
Стр.7
Рис. 1.1 1.1.2. Свойства D-функции Как частный случай матрицы конечных вращений D-функция обладает всеми общими ее свойствами (см. (1.86), (1.87), (1.89), (1.91), (1.92), (1.95), (1.96) и (2.31)–(2.40) ч. 1). Здесь мы рассмотрим специфические свойства D-функции. Факторизация Прежде всего преобразуем выражение (1.2), поскольку оно содержит проекции момента в обеих системах координат и поэтому неудобно для практического использования. Теорема. Вращение ˆ вращениям на угол χ вокруг Oz, затем на θ вокруг Oy и, наконец, на ϕ опять же вокруг оси Oz в «исходной» системе координат. Доказательство. Этот неожиданный результат есть следствие унитарности вращения. Оператор любой физической величины при поворотах системы координат преобразуется по правилу (1.76) ч. 1. Таким образом, exp(−i θ ˆ exp(−i θ ˆ линию ON. Отсюда exp(−i θ ˆ Jy) при повороте exp(−iϕ ˆ JN) = exp(−iϕ ˆ JN) есть результат унитарного преобразования Jz), переводящем ось Oy в узловую Jz) exp(−i θ ˆ 8 Jy) exp(iϕJz). ˆ (1.3) R(ϕ, θ,χ) эквивалентно последовательным
Стр.8