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

Поляризационная матрица плотности
Координатная зависимость волновой функции *ф, описываю-
щей свободное движение с импульсом р (плоская волна), сводит-
ся к общему множителю егрг, а амплитуда ир играет роль спино-
вой волновой функции. В таком (чистом) состоянии частица пол-
ностью поляризована (см. III, § 59). В нерелятивистской теории
§ 29 ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ МАТРИЦА ПЛОТНОСТИ 131
это означает, что спин частицы имеет определенное направле-
ние в пространстве (точнее, существует такое направление, вдоль
которого проекция спина имеет определенное значение +У2). В
релятивистской теории такая характеристика состояния в произ-
вольной системе отсчета невозможна ввиду (отмеченного уже в
§ 23) несохранения вектора спина. Чистота состояния означает
лишь, что спин имеет определенное направление в системе покоя
частицы.
В состоянии частичной поляризации не существует опреде-
ленной амплитуды, а лишь поляризационная матрица плотно-
сти pik (i,k = 1,2,3,4 — биспинорные индексы). Определим эту
матрицу таким образом, чтобы в чистом состоянии она сводилась
к произведениям
Pik = upiupk. B9.1)
Соответственно этому матрица р нормируется условием
Spp = 2m B9.2)
(ср. B3.4)).
В чистом состоянии среднее значение спина определяется ве-
личиной
[ B9.3)
Соответствующее выражение для состояния частичной поляри-
зации:
s = f Sp (p7°S) = f Sp (p757)- B9.4)
4S 4S
Амплитуды Up, up удовлетворяют системам алгебраических
уравнений
(jp — т)ир = 0, пр^р — га) = 0.
Поэтому матрица B9.1) удовлетворяет уравнениям
(jp - т)р = 0, p(jp - га) = 0. B9.5)
Таким же линейным уравнениям должна подчиняться матрица
плотности и в общем случае смешанного (по спину) состояния
(ср. аналогичный вывод в III, § 14).
Если рассматривать свободную частицу в ее системе покоя,
то к ней применима нерелятивистская теория. Но в этой тео-
рии состояние частичной поляризации полностью определяется
тремя параметрами — компонентами вектора среднего значения
спина "s (см. III, § 59). Ясно поэтому, что те же параметры будут
определять поляризационное состояние и после любого преобра-
зования Лоренца, т. е. для движущейся частицы.
s = - [ф*ЪфA3х = —ир1ир = —upj°^up.
132 ФЕРМИОНЫ
Обозначим удвоенное среднее значение вектора спина в си-
стеме покоя через ? (в чистом состоянии |?| = 1, в смешанном
|?| < 1). Для четырехмерного описания поляризационного состо-
яния удобно ввести 4-вектор а^, совпадающий в системе покоя
с трехмерным вектором ?; поскольку ? — аксиальный вектор, то
а^ — 4-псевдовектор. Этот 4-вектор ортогонален 4-импульсу в си-
стеме покоя (где Ы1 = @, ?), р^ = (га, 0)), а потому и в произ-
вольной системе отсчета
а% = 0. B9.6)
В произвольной системе отсчета будет также и
а^ = -С2. B9.7)
Компоненты 4-вектора а^ в системе отсчета, в которой части-
ца движется со скоростью v = р/б, находятся путем преобразо-
вания Лоренца из системы покоя и равны
а° = МС||, а± = Сь ац = -С||, B9.8)
т " м т "
где индексы || и _L означают компоненты векторов ? и а, парал-
лельные и перпендикулярные направлению р х) . Эти формулы
можно записать в векторном виде:
р(Ср) а° = 5Е = ^ а2 = С2 + ^^ B9.9)
туе + т) е т т2
Рассмотрим сначала неполяризованное состояние (? = 0).
Матрица плотности в этом случае может содержать в качестве
параметров лишь 4-импульс р. Единственный вид такой матри-
цы, удовлетворяющей уравнениям B9.5), есть
Gр + т) B9.10)
(И. Е. Тамм, 1930, Н. В. G. Casimir, 1933). Постоянный коэффи-
циент выбран в соответствии с нормировочным условием B9.2).
1) По своим трансформационным свойствам компоненты среднего вектора
спина s (как и всякого момента) являются в релятивистской механике про-
странственными компонентами антисимметричного тензора S ^. 4-вектор
ах связан с этим тензором посредством соотношений
1 9
D — о СЬиРр) (л — с- *J/j,vPp-
2m m
Подчеркнем, что в произвольной системе отсчета пространственная часть а
4-вектора ах отнюдь не совпадает с вектором 2 s. Легко видеть, что
2s|| = — (аце - а°\р\) = С||, 2s± = —а± = — ?±.
§ 29 ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ МАТРИЦА ПЛОТНОСТИ 133
В общем случае частичной поляризации (? ^ 0) ищем матри-
цу плотности в виде
р = — (jp + m)p'(jp + га), B9.11)
4m
автоматически удовлетворяющем уравнениям B9.5). При С 7^ 0
вспомогательная матрица // должна обращаться в единичную;
поскольку
(jp + гаJ = 2m('yp + га),
то B9.11) совпадет с выражением B9.10). Далее, она должна
содержать 4-вектор а линейным образом в качестве параметра,
т. е. иметь вид
B9.12)
во втором члене фигурирует скалярное произведение псевдовек-
тора а и «матричного 4-псевдовектора» 7^7- Для определения
коэффициента А напишем матрицу плотности в системе покоя:
р = ^A + 7°)A + А757С)A +7°) = ?A +7°)A + ^757С),
и вычислим, согласно B9.4), среднее значение спина. Восполь-
зовавшись перечисленными в § 22 правилами, легко найдем, что
единственный отличный от нуля член в искомом следе
2 s = -L Sp (р757) =  SP (GCO) = ^С-
Приравняв это выражение ?, получим А = 1. Окончательное вы-
ражение для р найдем, подставив B9.12) в B9.11) и переставив
множители р' и (^р + т)] в силу ортогональности аир произве-
дение jp антикоммутативно с ja:
а потому коммутативно с 75Gа)-
Таким образом, матрица плотности частично поляризованно-
го электрона дается выражением
Ы + ™)[чЫ)} B9.13)
(L. Michel, A. S. Wighiman, 1955). Если матрица р известна, то ха-
рактеризующий состояние 4-вектор а (а с ним и вектор ?) можно
найти по формуле
a" = -^-Sp(p7V)- B9-14)
2т
Формулы для матрицы плотности позитрона аналогичны
формулам для электрона. Если бы мы описывали позитрон (с
134 ФЕРМИОНЫ
4-импульсом р) позитронной амплитудой Up3 и определенной
в соответствии с такой амплитудой матрицей плотности р^п03\
то никакого отличия от случая электрона вообще не было бы
и матрица р(пш) давалась бы той же формулой B9.13). Одна-
ко при фактических вычислениях сечений процессов рассеяния
с участием позитронов приходится иметь дело (как мы увидим
в дальнейшем) не с UpO3\ а с амплитудами «отрицательной ча-
стоты» U-p. Соответственно этому и поляризационную матрицу
плотности (обозначим ее /?' ') следует определить так, чтобы для
чистого состояния она сводилась к U-piu-p^.
Согласно B6.1) позитронная амплитуда г4>п = Ucu-p. Об-
ратно:
и_р = Ucu{™3\ п-р = ^4ПШ) = и{р°3)ис
(ср. B8.3)). Если
( —) (поз) (поз) (поз)
Ргк -U-piU-pk, p\k )=U)I >У>рк \
то с помощью этих формул получим
р(~) = UcP"UO3)U*c. B9.15)
Подставляя сюда для р(пш) выражение B9.13) и производя (с
помощью B6.3), B6.21)) простые преобразования, получаем
р(-) = \Ы-т)[\-1ь{1а)]. B9.16)
В частности, для неполяризованного состояния
{) \т). B9.17)
В дальнейшем, говоря о позитронных матрицах плотности, мы
будем иметь в виду матрицы р(~) и индекс (—) у них будем опус-
кать (матрицами же р(п03) фактически не приходится пользо-
ваться) .
В различных вычислениях нам часто придется усреднять по
спиновым состояниям выражения вида uFu{= щР^щ), где F —
некоторая (четырехрядная) матрица, аи-биспинорная ампли-
туда состояния с определенным 4-импульсом р. Такое усреднение
эквивалентно замене произведений и^щ матрицей плотности р^
частично поляризованного состояния.
В частности, полное усреднение по двум независимым спи-
новым состояниям эквивалентно переходу к неполяризованному
состоянию; при этом согласно B9.10) имеем
-= Y^ upFup = - Sp (jp + m)F. B9.18)
поляр
§ 29 ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ МАТРИЦА ПЛОТНОСТИ 135
Аналогично для волновых функций отрицательной частоты
- = 5Z ll-vFu-v = - Sp (jp - m)F. B9.19)
поляр
Если речь идет не об усреднении, а о суммировании по спиновым
состояниям — результат в два раза больше.
Проследим, каким образом матрица плотности B9.13) пере-
ходит в пределе в свое нерелятивистское выражение. Для этого
перейдем к системе покоя электрона. В стандартном представле-
нии волновых функций амплитуды ир в этой системе становятся
двухкомпонентными; вместе с ними должна стать двухрядной
матрица плотности. Действительно, в системе покоя имеем
и с помощью выражений матриц j B1.20) и B2.18) находим
о)' Рнр = тA + О B9.20)
(нули обозначают двухрядные нулевые матрицы). Если принять
обычную в нерелятивистской теории нормировку матрицы плот-
ности на 1 (Sp/9Hp = 1) вместо нормировки на 2т, то это выраже-
ние надо будет разделить на 2т, так что в согласии с формулой
E9.6) (см. III) получится
Аналогичным образом нерелятивистский предел позитрон-
ной матрицы плотности:
/0 0
Наконец, напишем упрощенное выражение матрицы плотно-
сти в ультрарелятивистском случае. Положив в B9.8) |р| « е
(тем самым мы пренебрегаем величинами относительной мало-
сти (m/бJ), подставив эти выражения в B9.13) или B9.16) и
выбрав направление р в качестве оси ж, запишем
- 71) ± т] [l - т5 (^G° - т'Кн - С±7±)] ,
Р = \[
где верхний знак относится к случаю электрона, а нижний — к
случаю позитрона. При раскрытии произведения главные члены
в нем выпадают, а члены следующего порядка дают
136 ФЕРМИОНЫ
или, при записи бG° ~~ 71) в виде IP'-
Р = ^GР)[1 + 75(±С|| + С±7±)]- B9-21)
Это и есть искомое выражение матрицы плотности в ультра-
релятивистском случае. Обратим внимание на то, что все компо-
ненты вектора поляризации ? входят в него равноправно как чле-
ны одного порядка величины. Напомним, что ?м есть компонента
этого вектора, параллельная (при ?ц > 0) или антипараллельная
(?ц < 0) импульсу частицы. В частности, для спирального со-
стояния частицы ?ц = 2А = ±1; при этом матрица плотности
принимает особенно простой вид:
р=1Gр)A±2А75), B9.22)
совпадающий, как и должно быть, с видом матрицы плотности
нейтрино или антинейтрино — частицы с нулевой массой и опре-
деленной спиральностью (см. § 30).

Ви переглядаєте статтю (реферат): «Поляризационная матрица плотности» з дисципліни «Теоретична фізика у 10 томах»

Заказать диплом курсовую реферат
Реферати та публікації на інші теми: Програмне забезпечення для захисту інформації персональних комп’ю...
ЕКОНОМІЧНИЙ ЗМІСТ ВИЗНАЧЕННЯ РІВНЯ ЯКОСТІ ПРОДУКЦІЇ
Ліквідація та реорганізація комерційного банку
КЛАСИФІКАЦІЯ ВНУТРІШНІХ ДЖЕРЕЛ ФІНАНСУВАННЯ ПІДПРИЄМСТВА
НЕОБХІДНІСТЬ, ЗАВДАННЯ ТА ПРИНЦИПИ ЕКСПЕРТНОГО ОЦІНЮВАННЯ ВАРТОСТ...


Категорія: Теоретична фізика у 10 томах | Додав: koljan (29.11.2013)
Переглядів: 500 | Рейтинг: 0.0/0
Всього коментарів: 0
Додавати коментарі можуть лише зареєстровані користувачі.
[ Реєстрація | Вхід ]

Онлайн замовлення

Замовити дипломну курсову реферат

Інші проекти




Діяльність здійснюється на основі свідоцтва про держреєстрацію ФОП