Проблема собственных значений спина и собственных векторов. Это правильный способ решить эту проблему?

Электрон описывается гамильтонианом

ЧАС "=" е м с С ¯ Б ¯

где С ¯ "=" ( С Икс , С у , С г ) является спиновым оператором и Б ¯ магнитное поле.

Для т > 0 Б ¯ "=" Б 0 Икс ^ и для т "=" 0 электрон находится в состоянии | ψ "=" 1 3 | + + 2 3 | , с | + и | собственные векторы оператора С г (с собственными значениями ± 2 ).

Я хочу определить временную эволюцию состояния.

С Б находится вдоль x, то скалярное произведение дает мне С Икс Б 0 и я знаю, что оператор С Икс представляется матрицей 2 ( 0 1 1 0 ) .

Для удобства е Б 0 2 м с "=" ϵ .

Теперь, избегая всех вычислений (надеясь, что я сделал их правильно), я нашел собственные значения и собственные векторы моего оператора, задав уравнение:

ЧАС ( α | + + β | ) "=" Е ( α | + + β | )

Из которых собственные значения ϵ и ϵ , и соответствующие собственные векторы (определяющие связь между α и β и нормализующие):

| ψ 1 "=" 1 2 | + + 1 2 |

| ψ 2 "=" 1 2 | + 1 2 |

Теперь мне нужно выразить состояние | ψ как комбинация двух собственных векторов:

| ψ "=" 2 + 2 2 3 | ψ 1 + 2 2 2 3 | ψ 2

А временная эволюция такова:

| ψ ( т ) "=" 2 + 2 2 3 | ψ 1 опыт [ я ϵ т ] + 2 2 2 3 | ψ 2 опыт [ я ϵ т ]

Вот как я решил проблему, но, поскольку я новичок в квантовой механике, я хотел бы высказать несколько мнений.

Это разумная процедура? Совершил ли я какие-то ужасные ошибки или бессмысленные соображения?

Ответы (1)

Ваш метод решения этой проблемы был просто отличным (хотя я не проверял математику). Альтернативным, но эквивалентным методом может быть вычисление оператора временной эволюции. Это позволит вам рассчитать эволюцию любого состояния. Оператор эволюции времени задается выражением

опыт [ я ЧАС т ] "=" опыт [ я е 2 м с ( 0 1 1 0 ) ]

Матричную экспоненту для любой матрицы Паули достаточно легко вычислить вручную, и даже существует общая формула (см. Википедию ). Эта процедура дает,

опыт [ я ЧАС т ] "=" я 2 × 2 потому что ϵ я о Икс грех ϵ

где ϵ е 2 м с Б 0 . Отсюда легко воздействовать на любое состояние с помощью этой матрицы, чтобы получить состояние через некоторое время. т :

ψ ( т ) "=" опыт [ я ЧАС т ] ψ ( 0 )

Спасибо, я даже не подумал вычислить оператор эволюции времени! Вы показали мне действительно эффективный и удобный метод.
А что, если я хочу рассчитать вероятность измерения ± 2 для оператора С г ?
Это | ± | ψ | 2 ?
Да все верно. до тех пор, пока | ψ вы имеете в виду, что вы имеете в виду эволюционирующую во времени волновую функцию.