Измерение физических величин в квантовых системах - 12 стр.

UptoLike

значение
22
L2
=
==
=
!
. Для модуля момента в результате измерения получим
L2
=
==
=
!
.
Однако два слагаемых в найденном разложении отличаются значениями
m
= +1 и
m
=
1
. Следовательно, при измерении проекции момента импульса частицы,
находящейся в рассматриваемом квантовом состоянии, будут реализовываться
два значения
z
L
=+
=+=+
=+
!
и
z
L.
=−
=−=−
=−
!
Эти значения при измерениях будут получаться с вероятностями, которые
определяются квадратами модулей коэффициентов С
1
и С
2
; в разложении
волновой функции в ряд по собственным функциям оператора
2
ˆ
L
. Так как в
нашем случае
1 2
1
СС ,
2
==
====
==
эти вероятности одинаковы и равны
1
P( )
2
+=
+=+=
+=
!
и
1
P( ) .
2
−=
−=−=
−=
!
Среднее значение результатов измерения
L
z
при этом будет равно нулю, так как
z
11
LP()P()() 0.
22
=+ += =
=+ += ==+ += =
=+ += =
!! ! ! ! !
Этот результат можно получить и формальным вычислением по формуле (1.5).
Действительно,
z
ˆ
Li iAsinsin,
Ψ
ΨΨ
Ψ
Ψθ
ϕ
Ψθ
ϕ
Ψθ
ϕ
Ψθ
ϕ
ϕ
ϕϕ
ϕ
=− =
=− ==− =
=− =
!!
поэтому
2
*
zz
00
2 2
2
23 3
00 0 0
ˆ
L(,){L(,)}sindd
iA
i A sin sin cos d d sin d sin 2 d .
2
ππ
ππππ
ππ
ππ π π
ππ π πππ π π
ππ π π
Ψθϕ Ψθϕ θθϕ
Ψθϕ Ψθϕ θθϕΨθϕ Ψθϕ θθϕ
Ψθϕ Ψθϕ θθϕ
θ
ϕϕ
θ
ϕ
θθ
ϕϕ
θ
ϕϕ
θ
ϕ
θθ
ϕϕ
θ
ϕϕ
θ
ϕ
θθ
ϕϕ
θ
ϕϕ
θ
ϕ
θθ
ϕϕ
==
====
==
==
====
==
∫∫
∫∫∫∫
∫∫
∫∫
∫∫ ∫∫
∫∫
!
!
Второй интеграл в полученном соотношении равен нулю, следовательно, и
<
L
z
>=0.
Задача 7. Покажите, что операторы проекций момента импульса связаны
коммутационным соотношением
xy z
ˆˆ ˆ
[L ,L ] i L .=
==
=
!
(3.7)
Решение. Коммутатор операторов
x
ˆ
L
и
y
ˆ
L
имеет вид
xy xy yz
ˆˆ ˆˆ ˆˆ
[L ,L ] L L L L .
=−
=−=−
=−
С учетом явного вида операторов (2.5) имеем
значение L2 = 2 ! 2 . Для модуля момента в результате измерения получим L = 2 ! .
Однако два слагаемых в найденном разложении отличаются значениями m= +1 и
m= − 1 . Следовательно, при измерении проекции момента импульса частицы,
находящейся в рассматриваемом квантовом состоянии, будут реализовываться
два значения
                                  Lz = +!
                                       + и Lz = −!
                                                − .
Эти значения при измерениях будут получаться с вероятностями, которые
определяются квадратами модулей коэффициентов С1 и С2; в разложении
волновой функции в ряд по собственным функциям оператора L̂2 . Так как в
                                   1
нашем случае С 1 = С 2 =                   , эти вероятности одинаковы и равны
                                       2
                                                            1             1
                                              P( + ! ) =      и P( − ! ) = .
                                                            2             2
Среднее значение результатов измерения Lz при этом будет равно нулю, так как
                                                                          1    1
                                Lz = P( + ! )! + P( − ! )( − ! ) =          ! − ! = 0.
                                                                          2    2
Этот результат можно получить и формальным вычислением по формуле (1.5).
Действительно,
                                                           ∂Ψ
                                            L̂zΨ = − i !      = i !A sinθ sin ϕ ,
                                                           ∂ϕ
поэтому
                        2π π
            Lz =        ∫ ∫Ψ
                               *
                                   ( θ ,ϕ ){ Lˆ zΨ ( θ ,ϕ )} sin θ dθ d ϕ =
                        0 0
                        2π π                                               π                  2π
                                                         i !A 2
           = i !A       ∫   ∫0 sin θ sin ϕ cos ϕ dθ d ϕ = 2                ∫ sin       θ dθ   ∫ sin 2ϕ dϕ .
                    2              3                                               3

                        0                                                  0                  0

Второй интеграл в полученном соотношении равен нулю, следовательно, и
=0.

Задача 7. Покажите, что операторы проекций момента импульса связаны
коммутационным соотношением
                            [ Lˆ x , Lˆ y ] = i !Lˆ z .        (3.7)
Решение. Коммутатор операторов L̂x и L̂y имеет вид
                                                ˆ , Lˆ ] = L
                                               [L          ˆ Lˆ − L
                                                                  ˆ Lˆ
                                                 x    y     x y     y z.

С учетом явного вида операторов (2.5) имеем