Problem der Spineigenwerte und Eigenvektoren. Ist das der richtige Lösungsweg?

Ein Elektron wird durch den Hamiltonoperator beschrieben

H = e M C S ¯ B ¯

Wo S ¯ = ( S X , S j , S z ) ist der Spinoperator und B ¯ das Magnetfeld.

Für T > 0 B ¯ = B 0 X ^ und für T = 0 das Elektron befindet sich im Zustand | ψ = 1 3 | + + 2 3 | , mit | + Und | Eigenvektoren des Operators S z (mit Eigenwerten ± 2 ).

Ich möchte die zeitliche Entwicklung des Zustands bestimmen.

Seit B entlang x ist, gibt mir das Skalarprodukt S X B 0 und ich weiß, dass der Betreiber S X wird durch die Matrix dargestellt 2 ( 0 1 1 0 ) .

Zur Bequemlichkeit e B 0 2 M C = ϵ .

Nun, um alle Berechnungen zu vermeiden (in der Hoffnung, dass ich sie richtig gemacht habe), habe ich die Eigenwerte und Eigenvektoren meines Operators gefunden, indem ich die Gleichung aufgestellt habe:

H ( a | + + β | ) = E ( a | + + β | )

Aus denen die Eigenwerte stammen ϵ Und ϵ , und die jeweiligen Eigenvektoren (die die Beziehung zwischen bestimmen a Und β und Normalisierung) sind:

| ψ 1 = 1 2 | + + 1 2 |

| ψ 2 = 1 2 | + 1 2 |

Jetzt muss ich den Zustand ausdrücken | ψ als Kombination der beiden Eigenvektoren:

| ψ = 2 + 2 2 3 | ψ 1 + 2 2 2 3 | ψ 2

Und die Zeitentwicklung ist:

| ψ ( T ) = 2 + 2 2 3 | ψ 1 exp [ ich ϵ T ] + 2 2 2 3 | ψ 2 exp [ ich ϵ T ]

So habe ich das Problem gelöst, aber da ich ziemlich neu in der Quantenmechanik bin, hätte ich gerne einige Meinungen.

Ist das ein sinnvolles Vorgehen? Habe ich einige schreckliche Fehler oder unsinnige Überlegungen gemacht?

Antworten (1)

Ihre Methode zur Lösung dieses Problems war in Ordnung (obwohl ich die Mathematik nicht überprüft habe). Eine alternative, aber äquivalente Technik wäre die Berechnung des Zeitentwicklungsoperators. Dies würde es Ihnen ermöglichen, die Entwicklung jedes Zustands zu berechnen. Der Zeitentwicklungsoperator ist gegeben durch,

exp [ ich H T ] = exp [ ich e 2 M C ( 0 1 1 0 ) ]

Das Matrixexponential für jede Pauli-Matrix lässt sich leicht von Hand berechnen und es gibt sogar eine allgemeine Formel (siehe Wikipedia ). Dieses Verfahren ergibt,

exp [ ich H T ] = ICH 2 × 2 cos ϵ ich σ X Sünde ϵ

Wo ϵ e 2 M C B 0 . Von hier aus ist es einfach, mit dieser Matrix auf jeden Zustand einzuwirken, um den Zustand nach einer Zeit anzugeben T :

ψ ( T ) = exp [ ich H T ] ψ ( 0 )

Danke, ich habe nicht einmal daran gedacht, den Zeitentwicklungsoperator zu berechnen! Sie haben mir eine wirklich effiziente und bequeme Methode gezeigt.
Und wenn ich die Messwahrscheinlichkeit berechnen möchte ± 2 für den Betreiber S z ?
Ist es | ± | ψ | 2 ?
Ja, das ist richtig. solange bis | ψ Sie meinen, Sie meinen die zeitlich entwickelte Wellenfunktion.