ДИПЛОМНІ КУРСОВІ РЕФЕРАТИ


ИЦ OSVITA-PLAZA

Реферати статті публікації

Пошук по сайту

 

Пошук по сайту

Головна » Реферати та статті » Фізика » Теоретична фізика у 10 томах

Оператор конечных вращений
Вернемся к вопросу о преобразовании спиноров и покажем,
каким образом коэффициенты этого преобразования могут быть
фактически выражены через углы поворота координатных осей.
По определению оператора момента (в данном случае спина),
выражение 1 + iS<p • us есть оператор поворота на угол 5ср вокруг
направления, задаваемого единичным вектором п; в применении
к волновой функции частицы со спином 1/2, т. е. к спинору пер-
вого ранга, надо положить в этом операторе "s = а/2. Оператор
же поворота на конечный угол ср вокруг того же направления
будет соответственно даваться формулой
Un = ехр(г<рпа/2) E8.1)
(ср. A5.13)). Как и всякая функция матриц Паули (см. задачу 1,
§55), это выражение сводится к линейному по этим матрицам
выражению
Un = cos((p/2) + ina • sin(<p/2). E8.2)
Так, для поворота вокруг оси z находим
тт ( \ ? , — • Ч> /^хр(г<р/2) 0 \ /го оЧ
U (m) = COS - + IGZ SHI - = n / ¦ /n\\- E8.3)
Это значит, что компоненты спинора при таком повороте преоб-
разуются по закону
В частности, при повороте на угол 2тг компоненты спинора ме-
няют знак; таким же свойством будут, следовательно, обладать
также и спиноры любого нечетного ранга (ср. конец §55).
Аналогичным образом найдем матрицы преобразований, со-
стоящих в повороте на угол (р вокруг оси х или оси у:
\('cos(<p/2) ism(<p/2)\ jj , , ( cos(<p/2)
>-\i{/2) (/2)J uvVP)-\ i^/2) cos(^J
E8.4)
270
СПИН
ГЛ. VIII
Отметим частный случай поворота на угол тг вокруг оси у, при
котором
ф1' = ф2, ф2' = -

ф1 = *01? <ф2 = ф2- E8.5)
Легко написать теперь матрицу преобразования при произ-
вольном повороте координатных осей в зависимости от углов Эй-
лера, определяющих этот поворот.
Вращение осей, определяемое углами Эйлера а, /3, 7? произ-
водится в три приема: 1) поворот на угол а @ ^ а ^ 2тг) вокруг
оси z, 2) поворот на угол /3 @ ^ /3 ^ тг)
вокруг нового положения оси у (ON на
рис.20, так называемая линия узлов),
3) поворот на угол 7 @ ^ 7 ^ 2тг) во-
круг получившегося окончательного по-
ложения (z1) оси z1).
Очевидно, что углы а, /3 совпадают со
сферическими углами (/?, # новой оси z' по
отношению к осям xyz: а = ср, /3 = в.
Соответственно такому способу по-
ворота осей, матрица полного преобра-
Рис. 20 зования равна произведению трех мат-
риц E8.3), E8.4):
Непосредственным перемножением матриц окончательно нахо-
дим
*,0,7) =
E8.6)
Спиноры высших рангов преобразуются, по определению,
как произведения компонент спинора первого ранга. В физи-
ческих применениях, однако, представляют интерес не столько
х) Системы xyz и х'у1V', как всегда, — правовинтовые, а положительное на-
правление отсчета углов отвечает направлению буравчика, завинчиваемого
в положительном направлении оси поворота.
Данное здесь определение углов Эйлера (принятое в квантовомеханиче-
ских применениях) отличается от определения в § 35 (см. т. I) тем, что второй
поворот производится вокруг оси у, а не вокруг оси х. Углы а, /3, 7 связа-
ны с углами (р, 0, ф в т. I (не смешивать со сферическими углами <р, в\)
посредством
7Г ^ /^ / 7Г
§ 58 ОПЕРАТОР КОНЕЧНЫХ ВРАЩЕНИЙ 271
законы преобразования самих спиноров, сколько отвечающих им
волновых функций ipjm.
Пусть функции ipjm (га = j, j — 1,..., —j) описывают в ко-
ординатной системе xyz состояние с определенным значением
момента j, а функции ijjjm' — то же состояние по отношению к
осям х'у1V; в первом случае т есть значение jz, а во втором:
т! = jzt. Те и другие функции связаны друг с другом линейны-
ми соотношениями, которые запишем в виде
rtU'- E8.7)
Коэффициенты D^Jm составляют (по отношению к индексам
т'т) матрицу ранга 2j + 1 — матрицу конечных вращений D^\
ее элементы являются функциями углов поворота а, /3, 7 систе-
мы х'у1 z1 относительно xyz.
Конструктивное построение матрицы конечных вращений
может быть произведено с помощью спинорного представления
ФУНКЦИЙ ij)jm.
При j = 1/2 две функции ^i/2m (m = ±1/2) составляют
ковариантный спинор первого ранга. Согласно E6.13) его пре-
образование (от системы х'у1z1 к системе xyz) осуществляется
матрицей U E8.6), так что D^1/2) = U1). Запишем ее элементы
в виде
A/2) Jm'^ М
е а
где
пу
-1/2
1/2 -1/2
cos(/V2) sin(/3/2), E8.8)
-sm(/3/2) cos(/3/2).
При произвольном значении j функции ipjm связаны с ком-
понентами симметричного ковариантного спинора ранга 2j фор-
мулой E7.6). Матрица преобразования компонент спинора ран-
га 2j есть произведение 2j матриц ZH1/2), каждая из которых
г) Обратим внимание на то, что матричные индексы в E8.7) как раз рас-
положены в порядке, отвечающем перемножению столбцов матрицы D^ с
расположенными в строку функциями ф^т'. В символической записи ра-
венство E8.7) должно было бы быть написано как ф^т = (i
соответствии с записью в E6.13).
272 СПИН ГЛ. VIII
действует на один из спинорных индексов. Произведя перемно-
жение и вернувшись снова к функциям t/jjm, получим матрицу
преобразования последних в виде
Л?1>. Р,7) = eim'^S?mPeima, E8.9)
причем функции (\^,m(f3) даются формулой1)
)\(j-m)\\
х (sin|J P]_m, + 4COS/3), E8.10)
где
^b) {^ - cos/3)-a(l + cos/3)-bx
[A - cos/3)a+"(l + cosP)b+n] E8.11)
— так называемые полиномы Якоби2). Отметим, что
р(а>ьЦ-со8р) = {-l)nPib>a\cosp). E8.12)
Функции (\^,ш обладают рядом свойств симметрии, которые
можно было бы усмотреть из выражений E8.11) и E8.12), но
проще вывести непосредственно из их определения как коэффи-
циентов вращательного преобразования.
Матрица D^' как матрица вращательного преобразования
унитарна. Поскольку преобразование, обратное повороту
(а,/3,7), есть поворот (—7, — /3, — ol) to для вещественной мат-
рицы а^) отсюда получаются соотношения
1) Проведение вычислений молено найти в книге: A. R. Edmonds. Angular
momentum in quantum mechanics. —Princeton, 1957 (см. также перевод статьи
того же автора в сб.: Деформация атомных ядер. —М.: ИЛ, 1958). Опреде-
ление функций D^;m, согласно E8.9), E8.10), отличается от принятого в
книге Эдмондса перестановкой а и 7 (что более естественно в излагаемом
подходе), а от принятого в статье еще и изменением знаков всех углов.
) Связь этих полиномов с гипергеометрическим рядом—см. §е (форму-
ла (е.11)).
58 ОПЕРАТОР КОНЕЧНЫХ ВРАЩЕНИЙ 273
Далее, справедливы равенства
При j = 1/2 они очевидны из E8.8), а их обобщение для про-
извольных j очевидно из описанного выше способа построения
матрицы преобразования.
Произведем поворот на угол тг — /3 как два последовательных
поворота на углы тг и —/3:
arn'ra\K P) — Z^ат'т"\1Г)ат"т\ P) ~ У l> п-гп'гаУ Р)>
m"
или, используя E8.13),
Результат двух поворотов вокруг одной и той же оси не зависит
от их последовательности. Поэтому мы должны получить тот
же результат, произведя повороты —/3 и тг в обратном порядке.
Сделав это и сравнив ответ с E8.16), получим соотношение
Из E8.17), E8.14) и E8.13) следует, что
€>т(Р) = (-1Г'-т41<(/?) = (-l)m'-m^L(-/5)- E8-18)
На основании E8.13)-E8.18) могут быть написаны различ-
ные свойства симметрии полных функций D^Jm. Отметим, в
частности, выражение комплексно сопряженной функции
E8.19)
С математической точки зрения, матрицы D^ дают унитарные
неприводимые представления группы вращений с размерностью
2j + 1 (см. ниже, §98). Отсюда сразу следует соотношение орто-
гональности и нормировки
E8.20)
где dui = sin C da d/3 dj.
274
спин
ГЛ. VIII
Ортогональность функций по индексам т и т! обеспечива-
ется множителем ехр{г(та + 777/7)}- Ортогональность лее по ин-
дексу j связана с функциями d , , для которых имеем


{h) (Я)sinf3df3
E8.21)
Наконец, приведем, для справок, выражения функций а^,ш
для некоторых частных значений параметров. При j = 1 имеем
w!/
1
0
-1
!<>
1
+ COS/3)
1
-cos/3)
0
^^ sin/3
V2
cos/3
!sin/3
|A-сов/3),
1
2
E8.22)
При целом j = / и m7 = 0 формулы E8.10) и E8.11) дают
- РГ {cos P). E8.23)
Происхож:дение этой формулы легко проследить из исходного
определения E8.7). Будем относить значения функций ipjmr в
правой части E8.7) к оси zf', на которой имеем (при j = /)
= г
E8.24)
Функция же ijjjm в левой части будет тогда шаровой функцией
У/т(/3, а) от сферических углов ср = а, в = /3 направления оси z'.
Подставив E8.24) в E8.7), получим
E8.25)
что эквивалентно E8.23).
§ 59 ЧАСТИЧНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ ЧАСТИЦ 275
Наконец, приведем выражение функции при наибольшем воз-
можном значении одного из индексов т^т!:
^ (cos^) (sin 2) . E8.26)
{j + m)\{j-m)\\ \ 2) \ 2/ V '

Ви переглядаєте статтю (реферат): «Оператор конечных вращений» з дисципліни «Теоретична фізика у 10 томах»

Заказать диплом курсовую реферат
Реферати та публікації на інші теми: ІНВЕСТИЦІЙНІ РИЗИКИ. Концепція і вимірювання ризиків
Склад і структура ресурсів комерційного банку
Аудит розрахунків з акціонерами
Теорія оптимізації портфеля інвестицій
РОЛЬ ТЕХНІЧНОЇ ЕСТЕТИКИ ТА ЕРГОНОМІКИ В ПІДВИЩЕННІ КОНКУРЕНТОСПРО...


Категорія: Теоретична фізика у 10 томах | Додав: koljan (26.11.2013)
Переглядів: 533 | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
Додавати коментарі можуть лише зареєстровані користувачі.
[ Реєстрація | Вхід ]

Онлайн замовлення

Заказать диплом курсовую реферат

Інші проекти




Діяльність здійснюється на основі свідоцтва про держреєстрацію ФОП