Beliebige Normierung einer freien Teilchenwellenfunktion

Ich lese das Buch von Landau und Lifshitz über nichtrelativistische Quantenmechanik und habe einige Zweifel an einer Passage im Kapitel über elastische Streuung. Ich habe die französische Ausgabe von 1966, daher kann ich nicht genau zitieren, aber es sollte in §125 stehen, ungefähr aus Gleichung (125.10).

Während der Untersuchung der Übergangsrate im kontinuierlichen Spektrum (Umgang mit freien Teilchen mit gegebenen Impulsen) aufgrund eines gewissen Potenzials U , steht geschrieben: „Wir normalisieren die ausgehende Wellenfunktion mit Schwung p ' , als Dirac-Delta im Impulsraum

ψ p ' ( x ) = 1 ( 2 π ) 3 / 2 e ich p ' x
und die ankommende Wellenfunktion zur Einheit der Stromdichte
ψ p ( x ) = m p e ich p x
daher die durch die goldene Regel von Fermi gegebene Wahrscheinlichkeit
d w p p ' = 2 π | p ' | U | p | 2 δ ( E ( p ) E ( p ' ) ) d v
stellt den differentiellen Wirkungsquerschnitt des Streuprozesses dar».

Hier m ist die Masse des Teilchens, p = p und d v stellt in diesem Fall ein "Intervall von Zuständen" dar d p x d p j d p z .

Nun meine Frage: Kann der Normalisierungsfaktor eines freien Teilchens beliebig sein? Mein Gefühl ist, dass die Autoren es getan haben, "weil es funktioniert" und weil es das gewünschte Ergebnis liefert, aber wahrscheinlich weiß ich einfach nicht, was hinter den Vorhängen dieser Ableitung passiert. Ich verstehe, dass freie Teilchenwellenfunktionen sowieso nicht normalisiert werden können R 3 , aber bedeutet dies, dass ich sie mit dem beliebigen (konstanten Skalarfaktor) multiplizieren kann, den ich möchte?

Als die Gleichung für die goldene Regel für Übergänge zwischen kontinuierlichen Spektralzuständen eingeführt wurde (§43 in meiner Ausgabe), haben die Autoren das tatsächlich geschrieben d w kann nicht als Übergangsrate betrachtet werden, da es nicht einmal die richtigen Einheiten hat (ich denke, das hängt davon ab, wie Sie "die Zustände zählen": Ich hätte zB verwenden können d v = d p x d p j d p z / 3 auch).

Wie löse ich all diese Willkür auf?

Irgendetwas ist an der Normalisierung auf Einheitsstromdichte sehr faul; es hat nicht einmal die richtigen Einheiten. Auf jeden Fall sollten Wellenfunktionen immer auf 1 normalisiert werden (dies ist die Normalisierung auf Dirac-Delta). Mein Bauchgefühl sagt mir, dass die "Normierung auf Einheitsstromdichte" eigentlich in Fermis goldener Regel stattfinden sollte, nicht auf der Ebene der Wellenfunktion. Vielleicht sollte es wirklich in diesem "Intervall von Zuständen" liegen (oder wie Wikipedia es als Dichte von Endzuständen bezeichnet). Ich möchte jedoch darauf hinweisen, dass freie Teilchenwellenfunktionen eine ordnungsgemäße Normalisierung haben (z. B. Dirac).
Wenn ich wählen müsste, wie ich die eingehende Wellenfunktion normieren soll, würde ich auch das Dirac-Delta im Impulsraum wählen, wie die ausgehende Welle, da die Eigenschaft des Teilchens schließlich darin besteht, einen bestimmten Impuls zu haben. Folgt auch die Wahl einer solchen Zustandsdichte (bezogen auf die Impulskoordinaten) aus der Normierung im Impulsraum? Es erscheint mir wahrscheinlich, da der (endgültige) Impuls die einzige "Variable" in der Fermi-Regel ist.
Die Normalisierung wird immer durch Ihre Definition des Skalarprodukts auf dem Hilbert-Raum bestimmt. Auch die Zustandsdichte wird durch die Definition des Skalarprodukts bestimmt. Auf indirekte Weise sollte die Normalisierung also Ihre Zustandsdichte bestimmen. Angesichts dessen scheint das, was ich zuvor gesagt habe, nicht wahr zu sein. Der einzige andere Ort, an dem diese zusätzlichen Faktoren legitimerweise herkommen könnten, ist der differentielle Wirkungsquerschnitt. Leider habe ich kein Exemplar des Buches, daher weiß ich nicht, wie das für sie definiert ist.
Ich habe nie so darüber nachgedacht ... Also würde es ungefähr so ​​gehen: Ich stelle die Zustände im "Impulsbild" dar (was natürlich ist, da es sich um freie Teilchen handelt), dh als Funktionen darin L 2 ( R 3 ) mit dem Maß d p x d p j d p z , somit werden Zustände freier Teilchen durch Dirac-Deltas dargestellt (und als solche normiert). δ ( p p ' ) und die Zustandsdichte das gewählte Integrationsmaß ist? (Ich bin mir nicht sicher, ob "Maß" aus mathematischer Sicht eine korrekte Terminologie ist, aber die Bedeutung sollte klar sein.)
Grob gesagt ist das richtig. Sie können sich ein Quantensystem endlicher Größe vorstellen L 3 System und unter der L Grenze, und die Zusammenhänge sind klarer, da Sie sich nicht um Verteilungen kümmern müssen (zumindest klarer für mich).

Antworten (1)

  1. Einerseits besagt die goldene Regel von Fermi , dass die Übergangswahrscheinlichkeitsrate ist

    (1) d P d t   =   2 π | f | v | ich | 2 ρ f .
    Es wird vom Anfangszustand ausgegangen | ich ist normalisiert. Die Endzustände | f müssen nicht normalisiert werden. (Letzteres kann man sehen, indem man das System in eine potentielle Kiste mit Lautstärke steckt L x L j L z , und nehmen Sie die Grenze L x L j L z . Die Normalisierung von | f und ρ f würde so skalieren, dass die Formel (1) invariant bleibt.)

  2. Andererseits wird in der Streuungstheorie der Anfangszustand nicht normalisiert. In diesem Fall gibt es keinen absoluten Begriff der Wahrscheinlichkeit. Stattdessen ist der Streuquerschnitt per Definition relativ zum Fluss des einfallenden Strahls normiert. L&Ls Normalisierung der Anfangswellenfunktion auf die Einheitsstromdichte soll diese Definition erfüllen. Es ist nicht willkürlich.

Verweise:

[L&L] LD Landau & EM Lifschitz, QM, Bd. 3, 3. Auflage, 1981; § 126.

Wie interpretieren Sie einen nicht normalisierten Zustand? Hat das etwas mit den Randbedingungen im Unendlichen zu tun? Ist es richtig, sich vorzustellen, dass der "nicht normalisierte Zustand" besser als normalisierter Zustand formuliert ist, aber mit zusätzlichen Faktoren, um die Verbindung zum streuenden Querschnitt herzustellen?