nuklearna fizika - pmf naslovnica · rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje...
TRANSCRIPT
![Page 1: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/1.jpg)
Nuklearna fizika - vježbe -
1. Simetrije
![Page 2: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/2.jpg)
Rotacije
u trodimenzionalnom euklidskom prostoru, rotacija se opisuje realnom, ortogonalnom matricom dimenzije 3x3:
rr
R'
eksplicitan matrični zapis, u granici malih kutova:
10
02
1
02
1
100
0cossin
0sincos
)(
0
2
2
zR
Sakurai
![Page 3: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/3.jpg)
Rotacije
21
210
001
cossin0
sincos0
001
)(
2
2
0
xR
210
010
02
1
cos0sin
010
sin0cos
)(
2
2
yR
![Page 4: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/4.jpg)
Rotacije
2
22
2
1
21
02
1
)()(
yx RR
trivijalno se pokazuje:
2
2
22
1
210
21
)()(
xy RR
rotacije oko različitih osi ne komutiraju ako ne zanemarimo članove s drugom ili višim potencijama u :
000
00
00
)()()()( 2
2
xyyx RRRR
![Page 5: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/5.jpg)
Rotacije
”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom momenta impulsa):
1)()()()()( 2 zxyyx RRRRR
dakle:
)0()()()()()( 2anyzxyyx RRRRRR
![Page 6: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/6.jpg)
Rotacije u kvantnoj mehanici
rotaciji, opisanoj matricom R, u kvantnoj mehanici se pridružuje operator D(R), tako da vrijedi:
)(RDR
R
... stanje prije rotacije
... stanje poslije rotacije
R – matrica, D(R) – operator koji se može reprezentirati matricom
dimenzija te matrice ovisi o dimenziji N prostora stanja |>
N=2 (spin=1/2) D(R) se opisuje matricom 2x2
N=3 (spin=1) D(R) se opisuje matricom 3x3
...
![Page 7: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/7.jpg)
Rotacije u kvantnoj mehanici
Određivanje matrice operatora D(R):
1) infinitezimalni operator može se u QM napisati kao:
gdje je G hermitski operator, a e infinitezimalni pomak
2) za translaciju: G px/ħ, e dx,
za pomak u vremenu: G H/ħ, e dt,
za rotaciju: G Jz/ħ, e d.
3) dakle:
4) konačna rotacija:
e iGU 1
didzD zJ
1),(
ZiJN
z
NeizD
N
J
1lim),(
(Jz-općenit operator momenta impulsa)
![Page 8: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/8.jpg)
Rotacije u kvantnoj mehanici
dakle, svakoj rotaciji (opisanoj matricom R) u kvantnoj mehanici se pridružuje operator D(R) koji ima ista grupna svojstva kao R
budući da vrijedi:
1)()()()()( 2 zxyyx RRRRR
za D(R) dobiva se (zanemarivanjem članova manjih od 2):
1111112
2
22
2
22
2
22
2
22
2222
zxxyyyyxx JJJJJJJJJ
iiiii
2
2
2
2
22
2
22
2
2
2
22
2
22
222211
zxyxyxyyxyxyx JJJJJJJJJJJJJ
iiiii
zxyyx JiJJJJ
zyx JiJJ ],[d
![Page 9: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/9.jpg)
Rotacije u kvantnoj mehanici
kijkji JiJJ e],[
jednakak j,i, indeksa 2 koja bilo za
kj,i,u permutacijneparnu za
kj,i,u permutacijparnu za
0
1
1
...
...
...
ijke
Jk-općenit operator momenta impulsa, generator rotacije oko k-te osi
nije definiran kao r × p !
![Page 10: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/10.jpg)
Algebra momenta impulsa
veza zakona sačuvanja i simetrije (Noetherin teorem, moment impulsa generira rotacije) + infinitezimalna analiza komutacijske relacije za operator momenta impulsa:
kijkji JiJJ e],[2222
zyx JJJJ
mjmmjJ z
nadalje definiramo:
yx iJJJ
yx iJJJ
![Page 11: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/11.jpg)
0,
)()()(,
,,,,,
,,,
,,,,
2
2
2
2222
x
yzzyzyyzx
zxzzzxyxyyyxx
zxyxxxx
JJ
JiJJJiJiJJJiJJ
JJJJJJJJJJJJJJ
CABCBABCA
JJJJJJJJ
Zadatak 1. Dokazati: 0,2
JJ x
Rješenje 1.
![Page 12: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/12.jpg)
Zadatak 2. Pokazati da je J- operator poništavanja!
Rješenje 2.
c je ovdje neizračunata konstanta
(koristimo: i:
(koristimo:
( )
( )
)
[( ) ( )]
)
[( ) ( )]
( 1)(
z z x y
z z x z y
z y y z x z x x z y
z x z y y z x
z
z x y y x
z
J J jm J J iJ jm
J J jm J J iJ J jm
J J J J i J J J J J i J
J J j m J J i J i J J i J j m
J j m m j m
J J j m mJ i J i mJ i J j m
J J j m m J
-
-
-
-
-
(usporedbom s:
)
( 1)
1 ( 1) 1 )
1
x y
z
z
iJ j m
J J j m m J j m
J j m m j m
J j m c j m
- -
-
![Page 13: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/13.jpg)
Zadatak za domaću zadaću
1'')1)(('' mmjjmjmjmjJmj
pokazati:
krenuti od:
u slučaju problema, pogledati u skoro bilo koju knjigu iz kvantne mehanike (Messiah, Sakurai, ...)
zz JJJJJ 22-
i koristiti rezultat prošlog zadatka:
1
mjcmjJ
koristiti:
JJ )(- †
![Page 14: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/14.jpg)
Eulerovi kutovi u klasičnoj mehanici rotiranje
tijela se najopćenitije opisuje Eulerovim kutovima , b, g:
1) rotacija oko z-osi za kut ,
2) rotacija oko nove, y’-osi, za kut b,
3) rotacija oko nove, z’’–osi,za kut g.
-sve rotacije vrše se u smjeru obrnutom od kazaljke na satu
![Page 15: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/15.jpg)
D-funkcija
u kvantnoj mehanici rotacija se opisuje s tri nezavisne konstante gibanja – uvodi se tzv. D-funkcija (“D” dolazi od njemačkog izraza za rotaciju: Drehung)
D-funkcija je rotacijska valna funkcija, tj. vlastita funkcija operatora momenta impulsa
njima se također opisuju transformacije između različitih koordinatnih sistema
ovisno o području fizike, koriste se razne konvencije što se tiče faze i predzanka (na ovom kolegiju koristit će se standard uveden od Bohra i Mottelsona)...
![Page 16: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/16.jpg)
D-funkcija
/// '''),,(
zyz JiJiJieeeD
gbgb
za Eulerove kutove , b i g, D-funkcija se definira kao:
reducirana matrica rotacije definira se ovom relacijom:
MJeMJd JyiJ
MM
/' ')( bb
veza je, dakle, dana s:( ' )
' '( , , ) ( )M M
i
J J
M M M MD e d g
b g b
),,(),,(' ' gbgb J
MMDMJDMJ
njen efekt na valnu funkciju s kvantnim brojevima J i M dan je s:
dakle:'),,(),,(
'
' MJDMJDM
J
MM gbgb
![Page 17: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/17.jpg)
D-funkcija
ako se neko stanje pri rotaciji transformira ovako:
i
jijii MJVMJRMJRDVRDMJMJVMJ '')()('*
transformacija tenzorskih operatora?
MJRDMJ )(
onda se očekivana vrijednost vektorskog operatora V transformira ovako:
![Page 18: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/18.jpg)
Wignerove D-matrice
DMM’ su također koeficijenti reprezentacije grupe rotacija:
),(),,()','( '
'
' gb JM
M
J
MMJM YDY
J
MM
J
MM
J
MM
J
MMz
DJJDJ
MDDJ
''
2
''
)1(
D-matrice su vlastite funkcije operatora momenta impulsa:
drugim riječima, D-funkcija ne mijenja vrijednost J:
MJDJJ
MJJDMJDJ
),,()1(
),,(),,( 22
gb
gbgb
![Page 19: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/19.jpg)
Svojstva Wignerovih D-matrica reducirana matrica rotacije je posve realna i ima svojstva:
'
1
1
'
''
'
'
'
''
'
'
'
12
2)(cos)()(
)()1()(
)()(
)()1()(
JJ
J
MM
J
MM
J
MM
MJJ
MM
J
MM
J
MM
J
MM
MMJ
MM
Jddd
dd
dd
dd
bbb
bb
bb
bb
k
kmmkmmjk
j
kmmkkmjkmjmjmjmjmjd
mm !)!'()!()!'(
)2
(sin)2
(cos)1(
!)'()!'()!()!()(
2'2'2 bb
b
može se pokazati (ali nije trivijalno – vidi Sakurai pp.221-223):
WIGNEROVA formula
![Page 20: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/20.jpg)
Simetričan rotor
D-matrica je vlastita funkcija operatora Jz, J3 i J2:
J
KM
J
KM
J
KM
J
KM
J
KM
J
KMz
DJJDJ
KDDJ
MDDJ
)1(2
3
M – projekcija ukupnog impulsa vrtnje J u smjeru osi kvantizacije z (dakle, u laboratorijskom sustavu)
K – projekcija ukupnog impulsa vrtnje J u intrinsičnom koordinatnom sustavu (os x3)(K u intrinsičnom sustavu ima istu ulogu kao M u laboratorijskom)
![Page 21: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/21.jpg)
D-funkcija
transformacija pariteta daje (shematski zapis):
proizvoljna D-funkcija nema, dakle, dobro definiran paritet
konstrukcija valne funkcije dobrog pariteta:
J
KM
KJJ
KM DPD
)1(
),,()1(),,()1(16
12
0
2gbgb
J
KM
KJJ
KM
Krot
DDJ
KMJ
![Page 22: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/22.jpg)
Primjer 1. Spin 1/2
)()()(),,( gbgb zyz DDDD
2/2/2/ 323 gb iiieee
produkt operatora rotacije
se u reprezentaciji matricama 2x2 svodi na:
a to se može raspisati kao
)cos()sin(
)sin()cos(
0
0
)cos()sin(
)sin()cos(
0
0
2/2/
2/2/
2/2/
2/2/
2/)(2/)(
2/)(2/)(
2/
2/
2/
2/
bb
bb
bb
bb
gg
gg
g
g
ii
ii
i
i
i
i
ee
ee
e
e
e
e
![Page 23: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/23.jpg)
Zadatak 3. Vlastita stanja momenta impulsa |j,m=mmax=j> zarotirana
su za infinitezimalni kut e oko osi y. Bez upotrebe eksplicitnog izraza
za , izračunajte vjerojatnost da se novo rotirano stanje nalazi u
originalnom stanju do na kvadratične članove u e.
Rješenje 3.
JMM'd
![Page 24: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/24.jpg)
Zadatak 3. Vlastita stanja momenta impulsa |j,m=mmax=j> zarotirana
su za infinitezimalni kut e oko osi y. Bez upotrebe eksplicitnog izraza
za , izračunajte vjerojatnost da se novo rotirano stanje nalazi u
originalnom stanju do na kvadratične članove u e.
Rješenje 3. Zarotirano stanje dano je s:
jjJiiJ
jjiJ
jjdjjyRjj
yy
yj
R
,2
)(1
,exp,)(,)ˆ,(,
2
2
22
ee
eee
JMM'd
![Page 25: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/25.jpg)
Zadatak 3. Vlastita stanja momenta impulsa |j,m=mmax=j> zarotirana
su za infinitezimalni kut e oko osi y. Bez upotrebe eksplicitnog izraza
za , izračunajte vjerojatnost da se novo rotirano stanje nalazi u
originalnom stanju do na kvadratične članove u e.
Rješenje 3. Zarotirano stanje dano je s:
Uvodimo:
jjJiiJ
jjiJ
jjdjjyRjj
yy
yj
R
,2
)(1
,exp,)(,)ˆ,(,
2
2
22
ee
eee
yx iJJJ
JMM'd
yx iJJJ i
JJJ y
2
![Page 26: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/26.jpg)
Rješenje 3. Dobivamo:
Koristimo poznate relacije:
odnosno:
22
2, 1 ( ) ( ) ,
2 8Rj j J J J J j j
e e
1,)1)((,
1,)1)((,
mjmjmjmjJ
mjmjmjmjJ
1,2,,
1,2,
0,
jjjjjJjjJJ
jjjjjJ
jjJ
![Page 27: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/27.jpg)
Rješenje 3.
Dobivamo:
Dakle, vjerojatnost da rotirano stanje nađemo u originalnom stanju je:
2
2
, 2 , 1
2 , 1 , 1
2 2 , 2(2 1) , 2
J J j j j J J j j
j J j j J j j
j j j j j j j
2,)12(4
1,22
,1
2,)12(28
,28
1,22
,,
2
4
2
22
jjjjjjjjjj
jjjjjjjjjjjjjjR
ee
eee
e
...2
22
4
2211,,
j
Rjjjjj
ee
![Page 28: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/28.jpg)
Zadatak 4. Izračunajte
za svaku vrijednost j . Provjerite rezultat za j =1/2.
Rješenje 4.
md
j
jm
jmm
2
' )(b
''
''
''
')(
//
//
*//
2/2
'
jmejmjmmejm
jmejmjmejmm
jmejmjmejmm
jmejmmmd
yy
yy
yy
y
iJj
jm
iJ
iJiJj
jm
iJiJj
jm
iJj
jm
j
jm
jmm
bb
bb
bb
bb
![Page 29: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/29.jpg)
Rješenje 4.
S druge strane vrijedi:
')ˆ,()ˆ,('1
''1
'')(
*
//
//2
'
jmyDJyDjm
jmeJejm
jmejmjmmejmmd
z
iJ
z
iJ
iJj
jm
iJj
jm
jmm
yy
yy
bb
b
bb
bb
j
j
zjz JyRyDJyD )ˆ,()ˆ,()ˆ,(*
bbb
bb
bb
b
cos0sin
010
sin0cos
)ˆ,( yR
![Page 30: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/30.jpg)
Rješenje 4.
Za j =1/2 vrijedi:
a) za m’ =1/2
2
'
1( ) sin ' ' cos ' '
1sin ' ' 'cos
2
'cos
jj
m m x z
m j
d m jm J jm jm J jm
J Jjm jm m
i
m
b b b
b b
b
)2/cos()2/sin(
)2/sin()2/cos()(
2/1'
bb
bbbmmd
bbbb
b cos'cos2
1
2cos
2
1
2sin
2
1)(
222/1
2/1
22/12/1 mmd
m
m
![Page 31: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/31.jpg)
Rješenje 4.
b) za m’ = -1/2
bbbb
b cos'cos2
1
2sin
2
1
2cos
2
1)(
222/1
2/1
22/12/1 mmd
m
m
![Page 32: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/32.jpg)
Zadatak 5. Izračunati:
Rješenje 5.
)(1
' bmmd
za J=1 moramo korisiti matričnu reprezentaciju dimenzije 3x3
za reducirane Wignerove matrice trebamo samo Jy, zato koristimo:
i
JJJ y
2
)(
020
202
020
2
)1(
i
ii
i
Jj
y
m=1 m=0 m=-1
m’=1
m’=0
m’=-1
da bi dobili:
1'')1)(('' mmjjmjmjmjJmj
koristimo:
![Page 33: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/33.jpg)
Zadatak 5. Izračunati:
Rješenje 5.
)(1
' bmmd
primjer: m=0 i m’=1
10111)101)(01(0111 J
2)101)(01(0111 10111 J
0)101)(01(0111 10111 J
22
2
02
2
)( i
ii
JJJ y
![Page 34: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/34.jpg)
Zadatak 5. Izračunati:
Rješenje 5.
)(1
' bmmd
sljedeći korak: razvoj u red /byiJ
e
...!3
1
!2
11
32/
bbbb yyyiJ iJiJiJe
y
202
040
202
2
020
202
020
020
202
020
2
2
2)1(
i
ii
i
i
ii
i
Jj
y
2
![Page 35: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/35.jpg)
Zadatak 5. Izračunati:
Rješenje 5.
)(1
' bmmd
)1(22
3
2)1(
020
202
020
2
0240
24024
0240
2
020
202
020
2202
040
202
2
j
y
j
y
J
i
ii
i
i
ii
i
i
ii
i
J
3
![Page 36: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/36.jpg)
Zadatak 5. Izračunati:
Rješenje 5.
)(1
' bmmd
1cossin1
...!4
)(
!2
)(...
!3
)(1
...)(!4
1)(
!3
1
!2
11
...!4
1
!3
1
!2
11
2
4223
4
232
432/
bb
bbbb
bbbb
bbbbb
yy
yy
yyyy
yyyyiJ
JJi
iiJii
J
iJiJiJiJ
iJiJiJiJe
y
![Page 37: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/37.jpg)
Zadatak 5. Izračunati:
Rješenje 5.
)(1
' bmmd
)cos1(2
1sin
2
1)cos1(
2
1
sin2
1cossin
2
1
)cos1(2
1sin
2
1)cos1(
2
1
1cos
202
040
202
4
1sin
020
202
020
21)(
1
bbb
bbb
bbb
bbb
i
ii
ii
d
![Page 38: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/38.jpg)
Zbrajanje dva momenta impulsa
21ˆˆˆ jjJ
0],[ 21 ji jj
kijkji jijj 111 ],[ e
kijkji jijj 222 ],[ e
zbrajamo dva operatora momenta impulsa ( , ) koji zadovoljavaju uobičajene komutacijske relacije (u različitim potprostorima):
1j 2j
za bilo koji par operatora iz različitih potprostora vrijedi:
kijkji JiJJ e],[
važno - sumirani moment impulsa zadovoljava iste komutacijske relacije:
![Page 39: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/39.jpg)
Zbrajanje dva momenta impulsa
22112211 mjmjmjmj
MJjjMJ 21–
Clebsch-Gordanov problem
moguća su dva izbora baze čitavog sistema:
zz jjjj 21
2
2
2
1 ,,,
zJjjJ ,,,2
2
2
1
2
unitarna transformacija koja povezuje dvije baze:
![Page 40: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/40.jpg)
Zbrajanje dva momenta impulsa
22112211
1
11
2
22
mjmjMJmjmjMJj
jm
j
jm
Clebsch-Gordanovi koeficijenti
standardni izbor faze:
realni) (i 02211 JJjjjj
MJMJmjmjmjmjjj
jjJ
J
JM
21
21
22112211
obrat:
![Page 41: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/41.jpg)
Clebsch-Gordanovi koeficijenti
Mmm 21
svojstva:
1) za
2) također za:
3)
4)
5)
6)
100 mjmj
02211 MJmjmj
2121 jjJjjJ ili
121212211 jjjjjjjj
''22112211 ''1
11
2
22
MMJJ
j
jm
j
jm
MJmjmjMJmjmj
''22112211 2211
21
21
21
21
'' mmmm
jj
jjJ
jj
jjM
MJmjmjMJmjmj
![Page 42: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/42.jpg)
3j-simboli
MJmjmjJMmm
Jjj Mjj
221121
21
12
)1( 21
definicija:
svojstva:
1)
2)
3)
132
132
213
213
321
321
mmm
jjj
mmm
jjj
mmm
jjj
312
312
321
321 321)1(mmm
jjj
mmm
jjj jjj
321
321
321
321 321)1(mmm
jjj
mmm
jjj jjj
![Page 43: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/43.jpg)
Zadatak 6. Krećući od definicije 3j-simbola “prevedite” svojstva 1)-3) na Clebsch-Gordanove koeficijente
Rješenje 6. (uzimamo j3=J, m3=-M)
2)
MJmjmjMJmjmjJjj
1122221121)1(
1) 1 2 1 2
1 1 2 2 1 1 2 2
2
( 1) ( 1)
2 1 2 1
j j M J j m
j m j m J M J M j m j mJ j
2 1
1 1 2 2 1 1 2 2
2
2 1( 1)
2 1
J j m Jj m j m J M J M j m j m
j
MJmjmjJ
MJmjmjJ
MjjJjj
Mjj
1122221112
)1()1(
12
)1( 12
21
21
![Page 44: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/44.jpg)
Zadatak 6. Krećući od definicije 3j-simbola “prevedite” svojstva 1)-3) na Clebsch-Gordanove koeficijente
Rješenje 6. (uzimamo j3=J, m3=-M)
3)
MJmjmjMJmjmjJjj
2211221121)1(
MJmjmjJ
MJmjmjJ
MjjJjj
Mjj
2211221112
)1()1(
12
)1( 21
21
21
![Page 45: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/45.jpg)
Zadatak 7. Pokažite:
Rješenje 7.
221112
122211
2
12)1( mjMJmjMJmjmjj
JmjJ
Mmm
Jjj
Mmm
Jjj Jjj
21
21
21
21 21)1(3)
2)
21
21
21
21 21)1(mMm
jJj
Mmm
Jjj Jjj
21
21
21
21
mMm
jJj
Mmm
Jjj
def
2211
2
221112
)1(
12
)1( 2121
mjMJmjj
MJmjmjJ
mJjMjj
![Page 46: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/46.jpg)
Zadatak 7. Pokažite:
Rješenje 7.
221112
122211
2
12)1( mjMJmjMJmjmjj
JmjJ
2211
2
)(
221112
12)1( 2121 mjMJmj
j
JMJmjmj
MjjmJj
2211
2
221112
12)1( 12 mjMJmj
j
JMJmjmj
mjJ
Mmm 21uz
![Page 47: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/47.jpg)
3j-simboli
daljnja svojstva (relacije ortogonalnosti):
4)
5)
,
33
,
33
1
11
2
2212
1
3,
321
,
321
321
321
mmjj
j
jm
j
jm jmmm
jjj
mmm
jjj
,
22
,
11
21
213
3
33
,3
,2
,1
321
321
3213 )12(
mmmm
jj
jjj
j
jmmmm
jjj
mmm
jjjj
![Page 48: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/48.jpg)
3j-simboli
specijalni slučajevi:
1)
2)
2211 jmjm i 2121 jjJjjM i
1)(2
1
1)(2
)1(
)(
21
21212211
212121
21212121
jj
jjjjjjjjjjjjjj
jjjj jjjj
021 jjj i jJmM i
021 i mmm
12
)1(00
12
)1(
0
0 0
jmjmj
jmm
jj mjmj
}
![Page 49: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/49.jpg)
Racahova formula za 3j-simbole
općenita formula za bilo koji 3j-koeficijent:
( )!( )!( )!( )!( )!( )!( 1) ( , , )
( 1)
!( )!( )!( )!( )!( )!
a b f
t
t
a d a d b e b e c f c fa b c
a b cd e f
t c b t d c a t e a b c t a t d b t e
)!1(
)!()!()!(),,(
cba
bacacbcbacba
![Page 50: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/50.jpg)
Zadatak 8. Izračunati:
Rješenje 8.
'0
1
mm
jj
'mm mora biti:
mogući t-ovi:
mfemdjcbja , , , , , 01
11
( 1) ( ,1, ) ( )!( )!( )!( )!0 '
( 1)
!( 1 )! !(1 )!( )!(1 )!
j m
t
t
j jj j j m j m j m j m
m m
t j t m t t j t m t
010 tt i 1,0 t
)!22(
)!12(!1!1),1,(
j
jjj
)!1()!(
1
)!()!1(
1)!()!(
)!22(
)!12()1(
'0
1 1
mjmjmjmjmjmj
j
j
mm
jj mj
![Page 51: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/51.jpg)
Zadatak 8. Izračunati:
Rješenje 8.
'0
1
mm
jj
)1)(12()1(
)2()1)(12(
1
2
1)1(
)!()!(
)()!()!(
)22)(12(2)!12(
)!12()1(
'0
1
1
1
jjj
m
mjjj
mjmj
mjmjmjmj
jjjj
j
mm
jj
mj
mj
mj
')1)(12(
)1('0
1mm
mj
jjj
m
mm
jj
![Page 52: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/52.jpg)
Zbrajanje tri momenta impulsa
321ˆˆˆˆ jjjJ
moguća su tri izbora baze čitavog sistema, ovisno o redoslijedu
zbrajanja:
332211 mjmjmj
312321ˆˆˆ)ˆˆ(ˆ jjjjjJ
231321ˆˆ)ˆˆ(ˆˆ jjjjjJ
213231ˆˆˆ)ˆˆ(ˆ jjjjjJ
![Page 53: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/53.jpg)
Zbrajanje tri momenta impulsa tri baze su međusobno povezane, npr.:
MJjjMJjjMJjjMJjjj
312231312231
12
''''
''233
12212312
''23123212312231312
)12)(12()1(
);()12)(12(''
321
MMJJ
Jjjj
MMJJ
jJj
jjjjj
jjjJjjWjjMJjjMJjj
W je “Racahov W-koeficijent”, a vitičasta zagrada označava
“Wignerov 6j-simbol” (ili koeficijent)
6j-koeficijent se mogu raspisati preko 3j-koeficijenata
(netrivijalno, po potrebi pogledati Supek II, str. 629)
![Page 54: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/54.jpg)
Sferični tenzorski operatori sferičnim tenzorskim operatorom ranga k zovemo skup 2k+1
veličina koje se pri rotaciji koordinatnog sustava transformiraju
ovako:
k
kq
kqq
kq
kq
kq DTDTDT
'
'' ),,(),,(),,(' gbgbgb
k
qT
†
osnovna razlika u odnosu na npr. Kartezijeve tenzore je u njihovoj ireducibilnosti
raspisujući gornji izraz za infinitezimalne rotacije, može se pokazati (vidi npr. Sakurai, str. 236):
1)
2)
k
q
k
qz qTTJ ],[k
q
k
q TqkqkTJ 1)1)((],[
ova dva izraza ponekad se koriste i kao definicija sferičnih tenzorskih operatora (vidi Greiner, str. 162)
![Page 55: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/55.jpg)
Wigner-Eckartov teorem matrični elementi sferičnog tenzorskog operatora u bazi
momenta impulsa mogu se uvijek napisati kao:
gdje je s dvostrukom crtom označen “reducirani” matrični
element koji je neovisan o “magnetskim” kvantnim brojevima
m, m’ i q
prvi član – orijentacija sistema s obzirom na z-os (geometrija +
simetrija!)
smisao teorema: za neku vrijednost m, m’ i q izračunati
reducirani matrični element i zatim ga koristiti za računanje
matričnih elemenata za svaki m, m’ i q
12'','','
,','
jmjqkmjmjTmj
jTj k
kq
![Page 56: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/56.jpg)
Wigner-Eckartov teorem primjer: j'j''JT m
k
q i 1
1'2''1'''''','''','
',''',' 11
jmjmmjmjJmj
jj Jm
biramo: 0m znajući:
''''''
1
0 '''','''',' mmmmjJmj
i:
' ''
'' ''10 ' '
'( ' 1)m m
mj m j m
j j
'0''
'1'1'2)1(''01'''
'1'
mm
jjjmjmj
mj
'''
''
)1')(1'2('
')1(
'0''
'1'mm
mj
jjj
m
mm
jj
JJJJ z , 2
11
1
1
0
![Page 57: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/57.jpg)
Wigner-Eckartov teorem primjer:
1
' '' ' ''
' ''
' ''
'( ' 1)' 2 ' 1
'
'( ' 1)(2 ' 1)
', ' '', ' m m
m m
j jm j
m
j j j
Jj j
11
' ''
' ''
', ' '', '', ' ' '', ' '' ' ''1 ' '
2 ' 1
'( ' 1)(2 ' 1)' ''1 ' '
2 ' 1
' ''1 ' ' '( ' 1)
m
j jJj m J j m j m m j m
j
j j jj m m j m
j
j m m j m j j
j'j''JT m
k
q i 1
![Page 58: Nuklearna fizika - PMF Naslovnica · Rotacije ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0o (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom](https://reader031.vdocuments.site/reader031/viewer/2022020206/5dd0e512d6be591ccb6337cc/html5/thumbnails/58.jpg)
Projekcijski teorem specijalan slučaj Wigner-Eckartovog teorema za vektorske
operatore (za slučaj j’=j):
mjJmjmjVmj qjj
mjjmjq ',','
)1(2
,Vˆ,'
primjer: magnetski dipolni moment m neparne jezgre
ˆˆ ˆ ˆ ˆ ˆl s l N s NV g l g sm m m m m
' '( 1)
( 1)
ˆ ˆ'
ˆ ˆ'
z zj m j m j m j j mj j
j j
j m j j m
m j m j j m
mm
m
... Schmidtove granice