diff --git a/kapIII-0.tex b/kapIII-0.tex new file mode 100644 index 0000000..a37ee2b --- /dev/null +++ b/kapIII-0.tex @@ -0,0 +1,132 @@ +\chapter{Zusammengesetzte Systeme} +\paragraph*{bisher:} +\begin{itemize} + \item[I] ein Spin-1/2 (bzw. ein N-Niveau System) + \item[II] ein Teilchen entlang einer Dimension +\end{itemize} + +\paragraph*{Ziel} +zwei und mehr Teilchen in $d=3$; Ortsfreiheitsgrad und Ort kombinieren + +\section{Beispiel 2 Teilchen in einer Dimension} +%\begin{figure}[H] \centering +%\includegraphics{pdf/III/00-01-00.pdf} +%\end{figure} +Mit dem Potential +\begin{equation} + V(x_1, x_2) = V_1(x_1) + V_2(x_2) + V_\text{int}(x_1, x_2) +\end{equation} +auf dem Niveau der Wellenfunktion $\psi(x_1, x_2)$ ist +\begin{equation} + \rho(x_1, x_2) \equiv \abs{\psi(x_1, x_2)}^2 +\end{equation} +die Wahrscheinlichkeitsdichte das erste Teilchen bei $x_1$ und das zweite Teilchen bei $x_2$ zu finden und +\begin{align} + \rho_1(x_1) &\equiv \intgr{-\infty}{+\infty}{\rho(x_1, x_2)}{x_2}\\ + &= \intgr{-\infty}{+\infty}{\abs{\psi(x_1, x_2)}^2}{x_2} +\end{align} +die Wahrscheinlichkeitsdichte das erste Teilchen bei $x_2$ zu finden unabhängig davon wo das 2. Teilchen ist. +\begin{itemize} + \item Normierung + \begin{equation} + 1 = \intgru{\rho_1(x_1)}{x_1} = \intgru{\intgru{\rho(x_1, x_2)}{x_2}}{x_1} + \end{equation} + \item Zeitabhängige Schrödingergleichung in Ortsdarstellung + \begin{equation} + i\hbar \diffPs{t} \psi(x_1, x_2, t) = \left( -\frac{\hbar^2}{2 m_1} \diffPs{x_1}^2 - \frac{\hbar^2}{2 m_2} \diffPs{x_2}^2 + V(x_1, x_2) \right) \psi(x_1, x_2, t) + \end{equation} +\end{itemize} + +\section{Hilbertraum als Tensorprodukt} +\subsection{endlich dimensionaler Fall} +\begin{itemize} + \item System 1: $\hilbert^{(1)}$ mit Basis $\set{\ket{n} \left| n = 1, ..., N \right.}$ + \item System 2: $\hilbert^{(2)}$ mit Basis $\set{\ket{m} \left| m = 1, ..., M \right.}$ +\end{itemize} + +\paragraph{Beispiel: Benzolring} +\begin{itemize} + \item System 1: + \begin{equation} + \ket{\psi_1} = \sum_{n=1}^6 c_n \ket{n} + \end{equation} + \item System 2: (Spin des Elektrons; hier in Z-Richtung) + \begin{equation} + \ket{\psi_2} = \sum_{m=1}^M d_m \ket{m} = d_+ \ket{z+} + d_-\ket{z-} + \end{equation} +\end{itemize} + +\paragraph{Gesamtraum} +Der Gesamtraum $\hilbert$ der Dimension $n \cdot m$ sei nun +\begin{equation} + \hilbert = \left( \hilbert^{(1)} \otimes \hilbert^{(2)} \right) +\end{equation} +mit der Basis +\begin{equation} + B_\hilbert = \set{\ket{n} \otimes \ket{m} \left| n = 1, ..., N; m = 1, ..., M \right.} +\end{equation} +und im obigen Beispiel: $\set{\ket{1} \otimes \ket{z+}, ..., \ket{6} \otimes \ket{z+}, \ket{1} \otimes \ket{z-}, ..., \ket{6} \otimes \ket{z-}}$\\[15pt] +Ein beliebiger Zustand in $\hilbert$ ist dann +\begin{equation} + \ket{\psi} = \sum_{n=1}^N \sum_{m=1}^M d_{n,m} \ket{n} \otimes \ket{m} = \sum_{j=1}^{N \cdot M} a_j \ket{j} +\end{equation} +\underline{Beachte:} nicht jeder $\ket{\psi} \in \hilbert$ lässt sich schreiben als +\begin{equation} + \ket{\psi} = \underbrace{\ket{\psi_1}}_{\in \hilbert^{(1)}} \otimes \underbrace{\ket{\psi_2}}_{\in \hilbert^{(2)}} +\end{equation} +denn +\begin{align} + \ket{\psi} &= \frac{1}{\sqrt{2}} \left( \ket{1} \otimes \ket{z+} + \ket{2} \otimes \ket{z-} \right)\\ + &\neq \ket{\psi_1} \otimes \ket{\psi_2} ~ \text{``Verschränkung'' (``entanglement'')} +\end{align} +im Gegensatz zu +\begin{align} + \ket{\phi} &= \frac{1}{\sqrt{2}} \left( \ket{1} \otimes \ket{z+} + \ket{2} \otimes \ket{z+} \right)\\ + &= \left( \frac{1}{\sqrt{2}} \left( \ket{1} + \ket{2} \right) \otimes \ket{z+} \right) ~ \text{``Produktzustand''} +\end{align} +Weiterhin sei das Skalarprodukt wiefolgt definiert: +\begin{align} + \left( \bra{n'} \otimes \bra{m'} \right) \left( \ket{n} \otimes \ket{m} \right)&= \braket{n'}{n} \braket{m'}{m}\\ + &= \krondelta{n,n'} \krondelta{m,m'} +\end{align} +d.h. +\begin{align} + \ket{\psi} &= \sum_{n,m} a_{n,m} \ket{n} \otimes \ket{m}\\ + \ket{\phi} &= \sum_{n,m} b_{n',m'} \ket{n'} \otimes \ket{m'}\\[15pt] + \braket{\phi}{\psi} &= \sum_{n,m} b_{n,m}^* a_{n,m} +\end{align} + +\subsection{kontinuierlicher Fall} +\begin{itemize} + \item Teilchen (System) 1: $\ket{\psi_1} \in \hilbert^1$ mit Basis $\set{\ket{x_1}}$, $\set{\ket{p_1}}$ oder $\set{\ket{n_1}}$ + \item Teilchen (System) 2: $\ket{\psi_2} \in \hilbert^2$ mit Basis $\set{\ket{x_2}}$, $\set{\ket{p_2}}$ oder $\set{\ket{n_2}}$ +\end{itemize} + +\paragraph{Gesamtraum} +\begin{equation} + \hilbert = \hilbert^1 \otimes \hilbert^2 +\end{equation} +mit Basis +\begin{equation} + B_\hilbert^{(1)} = \set{\ket{x_1} \otimes \ket{x_2} \equiv \ket{x_1, x_2}} +\end{equation} +oder +\begin{equation} + B_\hilbert^{(2)} = \set{\ket{x} \otimes \ket{p} \equiv \ket{x, p}} +\end{equation} +oder +\begin{equation} + B_\hilbert^{(3)} = \set{\ket{p_1} \otimes \ket{p_2} \equiv \ket{p_1, p_2}} +\end{equation} +oder +\begin{equation} + B_\hilbert^{(4)} = \set{\ket{x} \otimes \ket{n} \equiv \ket{x, n}} +\end{equation} +mit $\ket{\psi} \in \hilbert$ und $\psi(x_1, x_2) = \braket{x_1, x_2}{\psi}$ +\begin{align} + \ket{\psi}^{(1)} &= \intgru{\intgru{\psi(x_1, x_2) \ket{x_1, x_2}}{x_2}}{x_1}\\ + \ket{\psi}^{(2)} &= \intgr{-\infty}{+\infty}{\intgr{-\infty}{+\infty}{\psi(x, p)\ket{x, p}}{p}}{x}\\ + \ket{\psi}^{(4)} &= \intgr{-\infty}{+\infty}{\sum_{n=0}^\infty \psi_n(x) \ket{x, n}}{x} +\end{align} + +\section{Operatoren} \ No newline at end of file diff --git a/theo2.tex b/theo2.tex index 29768cc..97d11e7 100644 --- a/theo2.tex +++ b/theo2.tex @@ -6,6 +6,7 @@ \usepackage{amsfonts} \usepackage{amssymb} \usepackage{multirow} +\usepackage{float} \usepackage[pdfborder={0 0 0}]{hyperref} % muss immer als letztes eingebunden werden \include{math} @@ -37,6 +38,10 @@ \include{kapII-4} \include{kapII-5} +\part{Quantale Systeme in d=2 und d=3} +\label{III} +\include{kapIII-0} + % \part{Übungsmitschrieb} % \label{UE} % \include{ueb1}