Transcript Slide 1
Nuklearna fizika - vježbe 1. Simetrije Sakurai Rotacije u trodimenzionalnom euklidskom prostoru, rotacija se opisuje realnom, ortogonalnom matricom dimenzije 3x3: r ' Rr eksplicitan matrični zapis, u granici malih kutova: cos R z ( ) sin 0 sin cos 0 2 1 2 0 0 1 0 1 2 2 0 0 0 1 Rotacije 1 R x ( ) 0 0 1 0 sin 0 cos 0 0 cos sin cos R y ( ) 0 sin 0 1 0 0 1 2 1 2 sin 0 0 cos 2 2 0 1 0 0 2 1 2 0 2 1 2 Rotacije trivijalno se pokazuje: 2 1 2 2 R x ( ) R y ( ) 0 1 2 2 2 1 2 1 2 R y ( ) R x ( ) 0 1 2 2 2 rotacije oko različitih osi ne komutiraju ako ne zanemarimo članove s drugom ili višim potencijama u : 0 2 R x ( ) R y ( ) R y ( ) R x ( ) 0 0 0 2 0 0 0 2 1 Rotacije dakle: R x ( ) R y ( ) R y ( ) R x ( ) R z ( ) 1 2 o ”1” se može zapisati kao rotacija oko bilo koje osi za 0 (takav zapis će nam trebati kasnije za povlačenje analogije s algebrom momenta impulsa): R x ( ) R y ( ) R y ( ) R x ( ) R z ( ) R any ( 0 ) 2 Rotacije u kvantnoj mehanici rotaciji, opisanoj matricom R, u kvantnoj mehanici se pridružuje operator D(R), tako da vrijedi: R D (R) ... stanje prije rotacije R ... stanje poslije rotacije R – matrica, D(R) – operator koji se može reprezentirati matricom dimenzija te matrice ovisi o dimenziji N=2 (spin=1/2) N=3 (spin=1) ... N prostora stanja |> D(R) se opisuje matricom 2x2 D(R) se opisuje matricom 3x3 Rotacije u kvantnoj mehanici Određivanje matrice operatora D(R): 1) infinitezimalni operator može se u QM napisati kao: U 1 iG e 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: Jz D ( z, d ) 1 i d 4) konačna rotacija: (Jz-općenit operator momenta impulsa) Jz D ( z , ) lim 1 i N N N e iJ Z Rotacije u kvantnoj mehanici R) u kvantnoj mehanici se pridružuje operator D(R) koji ima ista grupna svojstva kao R dakle, svakoj rotaciji (opisanoj matricom budući da vrijedi: R x ( ) R y ( ) R y ( ) R x ( ) R z ( ) 1 2 za D(R) dobiva se (zanemarivanjem članova manjih od 2): J x J x2 2 1 i 2 2 J y J y2 2 J y J y2 2 1 i 2 2 1 i 2 2 J y J y2 2 J x J y 2 J x J x2 2 1 i i 2 2 2 2 2 J x J x2 2 J z 2 1 i 1 1 i 2 2 J y J y2 2 J y J x 2 J x J x2 2 1 i i 2 2 2 2 2 J x J y J y J x iJ z d [ J x , J y ] iJ z J z 2 i Rotacije u kvantnoj mehanici [ J i , J j ] ie ijk J k e ijk 1 ... za parnu permutaciju i, j, k 1 ... za neparnu permutaciju i, j, k 0 ... za bilo koja 2 indeksa i, j, k jednaka Jk-općenit operator momenta impulsa, generator rotacije oko te osi nije definiran kao r×p! k- Algebra momenta impulsa veza zakona sačuvanja i simetrije (Noetherin teorem, moment impulsa generira rotacije) + infinitezimalna analiza komutacijske relacije za operator momenta impulsa: [ J i , J j ] ie ijk J k 2 J J J J 2 x 2 y J z j m m j m nadalje definiramo: J J J x iJ y J x iJ y 2 z Zadatak 1. Dokazati: J , J 2 0 x Rješenje 1. J , J 2 J , J 2 J , J 2 J , J 2 x x x y x z x A , BC A , B C B A , C J , J 2 J , J J J J , J J , J J J J , J x y y y x y x z z z x z x J , J 2 i J J J (i J ) ( i J ) J J ( i J ) z y y z y z z y x J 2, J 0 x Zadatak 2. Pokazati da je J- operator poništavanja! Rješenje 2. JzJ JzJ - jm J z ( J x iJ y ) jm - jm ( J z J x iJ z J y ) jm (koristimo : J z J y J y J z i J x ) JzJ - j m [( J x J z i J y ) i ( J y J z i J x )] j m (koristimo : J z j m m j m ) JzJ JzJ JzJ - j m [( mJ x i J y ) ( i mJ - j m ( m 1)( J x iJ y ) j m - j m ( m 1) J - y i J x )] j m jm (uspore dbo m s : J z j m 1 ( m 1) j m 1 ) J - j m c j m 1 c je ovdje neizračunata konstanta Zadatak za domaću zadaću pokazati: j' m' J j m krenuti od: J J koristiti: - † - J (J ) J 2 ( j m )( j m 1) 2 Jz j j ' m ' m 1 J z i koristiti rezultat prošlog zadatka: J j m c j m 1 u slučaju problema, pogledati u skoro bilo koju knjigu iz kvantne mehanike (Messiah, Sakurai, ...) 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 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)... D-funkcija za Eulerove kutove , b i g, D-funkcija se definira kao: D( , b , g ) e iJz '' / ibJy ' / igJz / e e njen efekt na valnu funkciju s kvantnim brojevima J i M dan je s: J M ' D( , b , g ) J M DM 'M ( , b , g ) J dakle: D( , b , g ) J M DM 'M ( , b , g ) J M ' J M' reducirana matrica rotacije definira se ovom relacijom: d J M 'M (b ) J M ' e i b Jy / J M veza je, dakle, dana s: J M 'M D ( , b , g ) e i ( M ' gM ) d J M 'M (b ) D-funkcija ako se neko stanje pri rotaciji transformira ovako: J M D( R) J M onda se očekivana vrijednost vektorskog operatora V transformira ovako: * J M V i J M ' J M D ( R )V i D ( R ) J M ' R ij i transformacija tenzorskih operatora? J M Vj J M' Wignerove D-matrice D-matrice su vlastite funkcije operatora momenta impulsa: M' MD M M' J ( J 1) D M J J z DM 2 J J J DM M' J M' drugim riječima, D-funkcija ne mijenja vrijednost J D ( , b , g ) J M D ( , b , g ) J 2 2 J: J M J ( J 1) D ( , b , g ) J M DMM’ su također koeficijenti reprezentacije grupe rotacija: YJM ( ' , ' ) D J M 'M M' ( , b , g )YJM ' ( , ) Svojstva Wignerovih D-matrica reducirana matrica rotacije je posve realna i ima svojstva: d MM ' ( b ) ( 1) J M M ' d M 'M ( b ) J d M ' M ( b ) d M 'M ( b ) J J d M ' M ( b ) ( 1) J J M ' d M 'M ( b ) J 1 d J MM ' (b ) d J' MM ' ( b ) d (cos b ) 1 2 2J 1 JJ ' može se pokazati (ali nije trivijalno – vidi Sakurai pp.221-223): ( 1) (cos k d m m ( b ) j ( j m )! ( j m )! ( j m ' )! ( j m )' ! k WIGNEROVA formula b ) 2 j m m '2 k (sin b ) m ' m 2 k 2 2 ( j m ' k )! ( j m k )! ( k m ' m )! k ! Simetričan rotor 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) D-matrica je vlastita funkcija operatora K MD M K KD M K J ( J 1) D M J J z DM J J J 3DM 2 K J J J DM Jz, J3 i J2: K J K D-funkcija transformacija pariteta daje (shematski zapis): J PD M K ( 1) J K J DM K proizvoljna D-funkcija nema, dakle, dobro definiran paritet konstrukcija valne funkcije dobrog pariteta: J M K rot 2J 1 16 (1 K 0 ) 2 D J M K ( , b , g ) ( 1 ) J K J DM K ( , b , g ) Primjer 1. Spin 1/2 produkt operatora rotacije D( , b , g ) Dz ( ) Dy ( b ) Dz (g ) se u reprezentaciji matricama 2x2 svodi na: e i 3 / 2 e i 2 b / 2 a to se može raspisati kao e i / 2 0 e i 3g / 2 0 cos( b / 2) i / 2 e sin( b / 2) e i ( g ) / 2 cos( b / 2) i ( g ) / 2 e sin( b / 2) sin( b / 2) e ig / 2 cos( b / 2) 0 i ( g ) / 2 sin( b / 2) i ( g ) / 2 e cos( b / 2) e 0 ig / 2 e Zadatak 3. Vlastita stanja momenta impulsa |j,m=mmax=j> zarotirana su za infinitezimalni kut e oko osi y. Bez upotrebe eksplicitnog izraza za dMJ 'M , izračunajte vjerojatnost da se novo rotirano stanje nalazi u originalnom stanju do na kvadratične članove u e. Rješenje 3. Zadatak 3. Vlastita stanja momenta impulsa |j,m=mmax=j> zarotirana su za infinitezimalni kut e oko osi y. Bez upotrebe eksplicitnog izraza za dMJ 'M , izračunajte vjerojatnost da se novo rotirano stanje nalazi u originalnom stanju do na kvadratične članove u e. Rješenje 3. Zarotirano stanje dano je s: j, j R ( e , yˆ ) j , j d ( e ) j , j exp j R 2 iJ y e (i) e 1 2 2 2 J 2 y j, j iJ y e j, j Zadatak 3. Vlastita stanja momenta impulsa |j,m=mmax=j> zarotirana su za infinitezimalni kut e oko osi y. Bez upotrebe eksplicitnog izraza za dMJ 'M , izračunajte vjerojatnost da se novo rotirano stanje nalazi u originalnom stanju do na kvadratične članove u e. Rješenje 3. Zarotirano stanje dano je s: j, j R ( e , yˆ ) j , j d ( e ) j , j exp j R 2 iJ y e (i) e 1 2 2 Uvodimo: J J x iJ y J J x iJ y iJ y e 2 J 2 y j, j Jy J J 2i j, j Rješenje 3. Dobivamo: j, j R 2 ie e 2 1 (J J ) ( J J ) j, j 2 2 8 Koristimo poznate relacije: J j , m ( j m )( j m 1) j , m 1 J j , m ( j m )( j m 1) j , m 1 odnosno: J j, j 0 J j, j 2 j j, j 1 J J j, j J j, j 2 j j, j 1 Rješenje 3. J J 2 j, j 2 j J J j, j 1 2 j J j , j 1 J j , j 1 2 j 2 j j, j 2 ( 2 j 1) j , j 2 Dobivamo: j, j R j, j e 2 j j, j 1 2 e 2 2 j j, j 8 2 e e 1 j j, j 4 2 e 2 2 j ( 2 j 1) j , j 2 8 2 j j, j 1 e 2 j ( 2 j 1) j , j 2 4 Dakle, vjerojatnost da rotirano stanje nađemo u originalnom stanju je: 2 2 j, j j, j R 2 e 1 j 4 1 e 2 2 j ... Zadatak 4. Izračunajte j j d m 'm 2 (b ) m m j za svaku vrijednost j . Provjerite rezultat za j =1/2. Rješenje 4. j j d m 'm j 2 (b ) m m j m jm e iJ y b / 2 jm ' jm ' jm e jm ' jm ' e m j j m jm e iJ y b / iJ y b / jm ' * m j j m jm e iJ y b / iJ y b / jm m j j m j jm ' e iJ y b / m jm jm e iJ y b / jm ' Rješenje 4. j j d m 'm 2 (b ) m jm ' e iJ y b / 1 1 jm ' e m m m j iJ y b / iJ y b jm e j J ze jm j iJ y b / jm ' * jm ' D ( b , yˆ ) J z D ( b , yˆ ) jm ' S druge strane vrijedi: * D ( b , yˆ ) J z D ( b , yˆ ) R zj ( b , yˆ ) J j j cos b R ( b , yˆ ) 0 sin b 0 1 0 sin b 0 cos b / jm ' Rješenje 4. j j d m 'm 2 (b ) m m j 1 sin b jm ' J x jm ' cos b jm ' J z jm ' J J 1 sin b jm ' 2 jm ' m ' cos b m ' cos b Za j =1/2 vrijedi: 1/ 2 d m 'm ( b ) cos(b / 2) sin(b / 2) sin(b / 2) cos(b / 2) a) za m’ =1/2 1/ 2 m 1 / 2 1/ 2 d1 / 2 m 2 (b ) m 1 2 sin 2 b 2 1 2 cos 2 b 2 1 2 cos b m ' cos b Rješenje 4. b) za m’ = -1/2 1/ 2 m 1 / 2 1/ 2 d 1 / 2 m 2 (b ) m 1 2 cos 2 b 2 1 2 sin 2 b 2 1 2 cos b m ' cos b Zadatak 5. Izračunati: 1 dm m' (b ) Rješenje 5. za J=1 moramo korisiti matričnu reprezentaciju dimenzije 3x3 za reducirane Wignerove matrice trebamo samo koristimo: Jy (J J ) koristimo: 2i ( j m )( j m 1) j' m' J j m da bi dobili: ( j 1) Jy Jy, zato m=1 m=0 0 i 2 2 0 i 2 0 i 2 m=-1 m’=1 i 2 m’=0 0 m’=-1 0 j j ' m ' m 1 Zadatak 5. Izračunati: 1 dm m' (b ) Rješenje 5. primjer: m=0 i m’=1 (1 0 )(1 0 1) 1 1 1 0 1 11 J 1 0 (1 0 )(1 0 1) 1 1 1 0 1 11 J 1 0 (1 0 )(1 0 1) 1 1 1 0 1 0 11 J 1 0 Jy 2 (J J ) 2i 2 0 2i i 2 2 Zadatak 5. Izračunati: 1 dm m' (b ) Rješenje 5. sljedeći korak: razvoj u red e J iJ y b / ( j 1) y 2 1 iJ y b 0 2 i 2 2 0 2 2 0 2 2 e 1 iJ y b 2! i 2 0 i 2 0 4 0 2 0 2 iJ y b / 2 1 iJ y b 3 ! 0 i 2 i 2 0 0 0 i 2 0 i 2 3 ... i 2 0 0 Zadatak 5. Izračunati: 1 dm m' (b ) Rješenje 5. ( j 1) Jy 3 2 2 0 2 2 3 0 i4 2 2 0 0 2 i 2 2 0 0 4 0 0 2 0 i 2 2 0 2 i4 2 0 i4 2 i 2 0 i 2 i 2 0 i 2 i4 2 0 0 2 ( j 1) i 2 Jy 0 0 i 2 0 0 Zadatak 5. Izračunati: 1 dm m' (b ) Rješenje 5. e iJ y b / 1 1 iJ y b iJ y b 1 iJ y b 2! 1 iJ y b 2! 2 1 iJ y b 3 ! 2 1 iJ y b 4 ! 3 1 J y (ib ) 1 Jy 3! 4! 3 Jy J y (ib ) ib 1 ... 3 ! Jy 1 i 3 2 2 Jy sin b cos b 1 4 ... 2 4 (ib ) ... (ib ) 2 (ib ) 4 ... 2! 4 ! Zadatak 5. Izračunati: 1 dm m' (b ) Rješenje 5. 0 i 1 d (b ) 1 i 2 2 0 2 1 i 2 sin b 0 4 0 2 i 2 0 0 i 2 1 (1 cos b ) 2 1 sin b 2 1 (1 cos b ) 2 1 sin b 2 cos b 1 2 sin b (1 cos b ) 2 1 sin b 2 1 (1 cos b ) 2 1 0 4 0 2 0 cos b 1 2 Zbrajanje dva momenta impulsa zbrajamo dva operatora momenta impulsa ( ˆj1 , ˆj 2 ) koji zadovoljavaju uobičajene komutacijske relacije (u različitim potprostorima): Jˆ ˆj1 ˆj 2 [ j1i , j1 j ] i e ijk j1 k [ j 2 i , j 2 j ] i e ijk j 2 k za bilo koji par operatora iz različitih potprostora vrijedi: [ j1i , j 2 j ] 0 važno - sumirani moment impulsa zadovoljava iste komutacijske relacije: [ J i , J j ] ie ijk J k Zbrajanje dva momenta impulsa moguća su dva izbora baze čitavog sistema: 2 j1 , 2 J , 2 j2 , j1 z , j 2 z 2 j1 , 2 j2 , Jz unitarna transformacija koja povezuje dvije baze: Clebsch-Gordanov problem j1 m 1 j 2 m 2 j1 m 1 – j2 m 2 J M j1 j 2 J M Zbrajanje dva momenta impulsa j1 J M j2 j1 m1 j 2 m 2 J M j1 m1 j 2 m 2 m1 j1 m 2 j 2 Clebsch-Gordanovi koeficijenti standardni izbor faze: j1 j1 j 2 j 2 J J 0 (i realni) obrat: j1 m 1 j 2 m 2 j1 j 2 J j1 j 2 J M J j1 m 1 j 2 m 2 J M J M Clebsch-Gordanovi koeficijenti svojstva: 1) za m 1 m 2 M j1 m 1 j 2 m 2 J M J j1 j 2 2) također za: ili J j1 j 2 3) j m 0 0 j m 1 4) j1 j1 j 2 j 2 j1 j 2 j1 j 2 1 5) j1 j2 j1 m1 j 2 m 2 J M 0 j1 m1 j 2 m 2 J ' M ' JJ ' MM ' m1 j1 m 2 j 2 6) j1 j 2 j1 j 2 j1 m 1 j 2 m 2 J M J j1 j 2 M j1 j 2 j1 m 1 ' j 2 m 2 ' J M m m ' m 1 1 2m2 ' 3j-simboli definicija: j1 m1 j j M J (1) 1 2 M 2J 1 j2 m2 j1 m1 j2 m2 J M svojstva: 1) 2) 3) j1 m1 j2 m2 j1 m1 j1 m1 j3 j3 m3 m3 j2 m2 j2 m2 j1 m1 j 2 j2 m2 m2 j3 j1 j2 j3 j2 (1) m3 m2 j3 m3 j1 m1 j3 j1 j2 j3 j1 (1) m3 m1 j1 m1 j3 m3 j2 m2 j3 m3 Zadatak 6. Krećući od definicije 3j-simbola “prevedite” svojstva 1)-3) na Clebsch-Gordanove koeficijente Rješenje 6. 1) (1) (uzimamo j3=J, m3=-M) j1 j2 M 2J 1 j1 m1 j2 m2 J M j1 m1 j2 m2 J M (1) (1) J j1 m2 2 j2 1 2J 1 J j2 m1 2 j2 1 J M j1 m1 j2 m2 J M j1 m1 j2 m2 2) (1) j1 j2 M 2J 1 j1 m1 j2 m2 J M (1) j1 m1 j2 m2 J M (1) j1 j2 J j1 j2 J (1) j2 j1 M 2J 1 j2 m2 j1 m1 J M j2 m2 j1 m1 J M Zadatak 6. Krećući od definicije 3j-simbola “prevedite” svojstva 1)-3) na Clebsch-Gordanove koeficijente Rješenje 6. (uzimamo j3=J, m3=-M) 3) (1) j1 j2 M 2J 1 j1 m1 j2 m2 J M (1) j1 m1 j2 m2 J M (1) j1 j2 J j1 j2 J (1) j1 j2 M 2J 1 j1 m1 j2 m2 J M j1 m1 j2 m2 J M Zadatak 7. Pokažite: j1 m1 j2 m2 J M (1) J j2 m1 2 J 1 2 j2 1 j1 m1 J M j2 m2 Rješenje 7. 3) 2) j1 m1 j2 m2 j1 m1 j1 m1 J j1 j2 J j1 (1) M m1 j2 m2 j2 m2 j2 m2 J j1 j2 J j1 (1) M m1 J j1 M m1 J M J M J M j2 m2 j2 m2 def (1) j1 j2 M 2J 1 j1 m1 j2 m2 J M (1) j1 J m2 2 j2 1 j1 m1 J M j2 m2 Zadatak 7. Pokažite: j1 m1 j2 m2 J M (1) J j2 m1 2 J 1 2 j2 1 j1 m1 J M j2 m2 Rješenje 7. j1 m1 j2 m2 J M (1) j1 J m2 ( j1 j2 M ) 2J 1 2 j2 1 j1 m1 J M j2 m2 uz m1 m2 M j1 m1 j2 m2 J M (1) J j2 m1 2J 1 2 j2 1 j1 m1 J M j2 m2 3j-simboli daljnja svojstva (relacije ortogonalnosti): 4) j1 m1 j1 5) j1 m m2 j2 1 j2 j1 j2 j3 j2 m2 j3 j1 m3 m1 j1 (2 j3 1) m1 j3 j1 j2 m3 j3 j2 m2 j2 m2 , j3 , m3 j3 j1 , m3 m1 j2 , m2 1 2 j3 1 j j m m , 3 3 3 , 3 j3 , m m, m m, 1 1 2 2 m3 3j-simboli specijalni slučajevi: 1) m 1 j1 j1 j1 i m 2 j2 i J j1 j2 j j j j j1 j2 ( 1) 1 2 1 2 j1 j1 j2 j2 j1 j2 j1 j2 ( j1 j2 ) 2( j1 j2 ) 1 j2 j2 2) M j1 j2 j1 j i m1 m i j m } 0 j2 0 m2 0 0 1 2( j1 j2 ) 1 M m i Jj j 0 m j (1) m 2 j 1 j m00 j m (1) j m 2 j 1 Racahova formula za 3j-simbole općenita formula za bilo koji 3j-koeficijent: a d b e c a b f (1) f t ( a, b, c) ( a d )!( a d )!(b e)!(b e)!(c f )!(c f )! ( 1) t t!(c b t d )! (c a t e)! (a b c t )!( a t d )!(b t e)! (a, b, c) ( a b c )! ( b c a )! ( c a b )! ( a b c 1)! Zadatak 8. Izračunati: j m j m ' 1 0 Rješenje 8. mora biti: m m' a j , b 1, c j , d m, e 0, f m j m 1 0 j j 1 m ( 1) m ' t ( 1) ( j ,1, j ) j m 1 0 t t ! ( j 1 t m )! (1 t )! ( j t m )! (1 t )! mogući t-ovi: t 0 ( j ,1, j ) ( j m )! ( j m )! ( j m )! ( j m )! i 1 t 0 t 0, 1 1!1! ( 2 j 1)! ( 2 j 2 )! j j 1 m ( 1) m ' 1 1 ( j m )! ( j m )! ( 2 j 2 )! ( j m 1)! ( j m )! ( j m )! ( j m 1)! ( 2 j 1)! j m Zadatak 8. Izračunati: 1 0 j m ' Rješenje 8. j m 1 0 j j 1 m ( 1) m ' ( 1) ( 1) j m 1 0 j 1 m j m ( j m) ( j m )! ( j m )! ( 2 j 1)! 2 j ( 2 j 1)( 2 j 2 ) ( j m )! ( j m )! ( 2 j 1)! 1 1 2 j ( 2 j 1)( j 1) jm j j m (1) m' (2m ) m j ( 2 j 1)( j 1) m j (2 j 1)( j 1) m m' Zbrajanje tri momenta impulsa Jˆ ˆj1 ˆj 2 ˆj 3 j1 m 1 j 2 m 2 j 3 m 3 moguća su tri izbora baze čitavog sistema, ovisno o redoslijedu zbrajanja: Jˆ ( ˆj1 ˆj 2 ) ˆj 3 ˆj12 ˆj 3 Jˆ ˆj1 ( ˆj 2 ˆj 3 ) ˆj1 ˆj 23 Jˆ ( ˆj1 ˆj 3 ) ˆj 2 ˆj13 ˆj 2 Zbrajanje tri momenta impulsa tri baze su međusobno povezane, npr.: j1 j 23 J ' M ' j12 j3 J M j1 j 23 J ' M ' j12 j 3 J M j12 j12 j 3 J M j1 j 23 J ' M ' ( 2 j12 1)( 2 j 23 1) W ( j1 j 2 J j 3 ; j12 j 23 ) JJ ' MM ' ( 1) j1 j 2 j 3 J ( 2 j12 1)( 2 j 23 j1 1) j3 j2 J j12 JJ ' MM j 23 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) ' Sferični tenzorski operatori sferičnim tenzorskim operatorom T q ranga k k zovemo skup 2k+1 veličina koje se pri rotaciji koordinatnog sustava transformiraju ovako: T k 'q D ( , b , g k )T q † D ( , b , g ) k k k T q ' D q 'q ( , b , g ) q ' k 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 [ J z , Tq k [ J , Tq ] k qT q ] ( k q )( k q k 1)T q 1 ova dva izraza ponekad se koriste i kao definicija sferičnih tenzorskih operatora (vidi Greiner, str. 162) Wigner-Eckartov teorem matrični elementi sferičnog tenzorskog operatora u bazi momenta impulsa mogu se uvijek napisati kao: k ' , j ' m' Tq , j m j m k q j ' m' ', j ' T k , j 2 j 1 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 Wigner-Eckartov teorem primjer: T J ' , j ' m' biramo: znajući: k q 1 Jm 1 i m j'' j' ' ' , j ' m' ' j ' m' ' 1 m j ' m' Jz , 1 J 1 2 j '1 1 ' , j ' m' J 0 ' ' , j ' m' ' m' ' '' m'm'' j ' m' ' 1 0 j ' m' (1) 1 0 j' 2 j '1 m' ' j ' 1 m ' j' j ' m ' ( 1) m ' m' j ' ( 2 j ' 1)( j ' 1) j ' m ' ' 1 0 j ' m ' m ' m '' m' j ' ( j ' 1) 1 2 ' , j' J 1 ' ' , j' m0 i: j' m'' 1 J0 1 0 j' m' m '' m ' J Wigner-Eckartov teorem primjer: Tq J m k 1 i j'' j' ' , j ' J ' ' , j ' m ' ' '' m 'm '' 1 ' '' m 'm '' ' , j ' m' 1 Jm ' ' , j ' m' ' j ' m' ' 1 m j ' m' j ' ( j ' 1) 2 j ' 1 m' j ' ( j ' 1)( 2 j ' 1) ' , j' J1 ' ' , j' 2 j '1 j ' m' ' 1 m j ' m' ' '' m 'm '' ' '' m 'm '' j ' m' ' 1 m j ' m' j ' ( j '1)( 2 j '1) 2 j '1 j ' ( j '1) Projekcijski teorem specijalan slučaj Wigner-Eckartovog teorema za vektorske operatore (za slučaj j’=j): ' , j m' Vq , j m ˆ , j m ', j m ˆj V 2 j ( j 1) primjer: magnetski dipolni moment j m' J q j m m neparne jezgre Vˆ mˆ mˆ l mˆ s gl m N lˆ g s m N lsˆ j m' m z j m j m ˆj mˆ j m j ( j 1) j m' j z j m m j m' ˆj mˆ j m j ( j 1) ... Schmidtove granice