Auffinden von Spin-Up/Spin-Down-Eigenzuständen entlang einer beliebigen Richtung

Nehmen wir also an, ich habe ein Teilchen in einem beliebigen Zustand, in dem sein Ket-Vektor als Linearkombination des Spin-Up-Eigenzustands und des Spin-Down-Eigenzustands gegeben ist. Das Betragsquadrat von a, also der Faktor vor dem Spin-Up-Eigenzustand, gibt die Wahrscheinlichkeit dafür an, dass eine Messung am Teilchen Spin-Up ergibt, in diesem Fall zeigt der Spin-Drehimpuls (kurz SAM) in die gleiche Richtung wie unser Z-Achse. Das gleiche gilt für b, das ist der Faktor vor dem Spin-Down-Eigenzustand, außer dass es die Wahrscheinlichkeit angibt, Spin-Down zu bekommen, in welchem ​​Fall der SAM antiparallel zur z-Achse zeigt.

Aber nehmen wir nun an, wir wollen den Spin des Teilchens in einer beliebigen Richtung messen, vielleicht entlang eines Vektors x. Vorausgesetzt, das Teilchen befindet sich im gleichen Zustand wie zuvor, wie groß ist nun die Wahrscheinlichkeit, dass es Spin-up bekommt (in diesem Fall zeigt der SAM entlang x) und die Wahrscheinlichkeit, dass es Spin-down bekommt (der SAM zeigt antiparallel zu x)?

Das heißt, wie kann ich die Spin-Up/Spin-Down-Eigenzustände entlang x in Bezug auf unsere vorherigen Spin-Up/Spin-Down-Zustände (die entlang der z-Achse zeigen) ausdrücken? Damit kann ich die oben angegebenen Wahrscheinlichkeiten leicht berechnen, indem ich das Betragsquadrat der Skalarprodukte zwischen den neuen Eigenzuständen und der Wellenfunktion berechne.

Antworten (2)

Sie können die Projektionsoperatoren verwenden

P ± = 1 2 ( 1 + N σ ) .
Angewendet auf jeden Ausgangszustand geben sie Ihnen die Eigenzustände von N σ mit Spin ± entlang der durch den unt-Vektor angegebenen Richtung N .

Für kleine Matrizen sind Projektionsoperatoren in der Regel der schnellste Weg zu den Eigenvektoren.

Wow, das sieht echt cool aus. Ich habe es geschafft, die allgemeine Form der beiden orthonormalisierten Eigenvektoren (in Bezug auf die vorherigen Eigenzustände) dieses Operators zu finden, aber ich musste überprüfen, ob sie durch "Brute Force" funktionierten, aber dies scheint ein sehr einfacher Weg zu sein, sie zu finden in der Übung. Zumindest ist es viel einfacher als die von MannyC vorgestellte Methode. Danke dafür!

Um die Spinkomponenten zusammen zu berechnen N ^ Betrachten Sie die Matrix

σ N N ^ σ .
Diagonalisieren σ N und finden Sie die Liste der Eigenvektoren | ich N . Dann drücken Sie Ihr Ket in Bezug auf diese Basis aus. Finden Sie also die Koeffizienten C ich In
| j Ö u R S T A T e = ich C ich | ich N .
Die Wahrscheinlichkeit, Spin zu haben ich entlang N ^ Ist | C ich | 2 .

Als Plausibilitätsprüfung, wenn Sie den Spin entlang messen möchten z ^ , Dann σ N = σ 3 , die bereits diagonal ist. Also die Koeffizienten C ich sind nur die Bestandteile deines Kets.


Übrigens ist dies das Verfahren, das für alle Operatoren zu befolgen ist, nicht nur für das Schleudern.

Danke für die Antwort. Könntest du eine Quelle angeben, wo ich mehr darüber lesen kann? Ich hatte grummeln, irgendetwas darüber zu finden, ta
Deshalb habe ich hier beim Physik-Stack-Austausch gefragt
Mühe*, nicht grummeln
Haben Sie einige QM-Lehrbücher ausprobiert? Wie Sakurai oder Griffiths-Schroeter? (FYI, es gibt eine Schaltfläche zum Bearbeiten von Kommentaren innerhalb der ersten 5 Minuten oder so)
Ja, ich habe Griffiths (Introduction to QM, dritte Ausgabe), aber ich habe nirgendwo gesehen, dass dies besonders erwähnt wird. Ich würde gerne einige spezifische Seitenzahlen bekommen, wenn er wirklich darüber spricht.
Schlagen Sie das Lehrbuch der Shankar-Quantenmechanik nach. Kapitel 1 (eine lange mathematische Wiederholung) enthält die meisten Informationen, die Sie über die Dirac-Notation, das Setzen von Dingen in eine Eigenwertbasis und das Finden von Wahrscheinlichkeiten benötigen. Ich glaube, es gibt ein pdf des Buches online