diff --git a/kapIII-4.tex b/kapIII-4.tex new file mode 100644 index 0000000..6ae0761 --- /dev/null +++ b/kapIII-4.tex @@ -0,0 +1,64 @@ +\chapter{Rotationsinvarianz in d=3} +\section{Drehimpulsalgebra} +Drehung mit dem Winkel $\phi$ um $\vec{n}$: +\begin{equation} + \ket{\tilde{\psi}} = D(\phi,\vec{n})\ket{\psi} +\end{equation} +mit +\begin{equation} + D(\phi,\vec{n}) = 1 - i\frac{\phi}{\hbar} J_{\vec{n}} + O(\phi^2) +\end{equation} +In () hatten wir die Relation +\begin{equation} + [J_x,J_y] = i\hbar J_z +\end{equation} +(etc. zyclisch). Diese Vertauschungsrelation bestimmt das Spektrum der $J$-Operatoren vollständig. Wir definieren ein $J^2$ zu: +\begin{equation} + J^2 = \vec{J}^2 = J_x^2 + J_y^2 + J_z^2 +\end{equation} +und daraus folgt $\forall \alpha = x,y,z$ +\begin{equation} + \left[ J^2, J_\alpha \right] = 0 +\end{equation} +also haben $J^2$ und $J_z$ gemeinsame Eigenvektoren. +\begin{align} + J^2 \ket{\alpha,\beta} &= \alpha \ket{\alpha,\beta}\\ + J_z \ket{\alpha,\beta} &= \beta \ket{\alpha,\beta} +\end{align} +In Anlehnung an Erzeuger und Vernichter definieren wir: +\begin{equation} + J_\pm \equiv J_x \pm iJ_y +\end{equation} +mit dem Kommutator +\begin{align} + [J_z, J_\pm] &= [J_z,J_x + iJ_y]\\ + &= i\hbar J_y \pm i(-i\hbar) J_x + &= \pm \hbar J_\pm +\end{align} +und +\begin{equation} + [J^2,J_\pm] = 0 +\end{equation} +Vergleiche Harmonischen Oszillator: +\begin{equation} + [\nOp,\aDs] = -\aDs; ~ [\nOp,\aCr] = \aCr +\end{equation} +mit $J_\pm$ ist dann +\begin{align} + J_z J_+ \ket{\alpha,\beta} &= (J_+ J_z + i\hbar J_+) \ket{\alpha,\beta}\\ + &= (\beta + \hbar) J_+ \ket{\alpha,\beta}\\ + J_z J_- \ket{\alpha,\beta} &= (\beta - \hbar) J_- \ket{\alpha,\beta} +\end{align} +und +\begin{equation} + J^2 J_+ \ket{\alpha,\beta} = J_+ J^2 \ket{\alpha,\beta} = \alpha J_+ \ket{\alpha,\beta} +\end{equation} +also +\begin{align} + J_+ \ket{\alpha,\beta} &= c_+(\alpha,\beta) \ket{\alpha,\beta + 1}\\ + J_- \ket{\alpha,\beta} &= c_-(\alpha,\beta) \ket{\alpha,\beta - 1} +\end{align} +$\beta$-Spektrum ist eingeschränkt wegen: +\begin{equation} + 0 \leq \dirac{\alpha,\beta}{J_x^2 + J_y^2}{\alpha,\beta} = \dirac{\alpha,\beta}{J^2-J_z^2}{\alpha,\beta} = (\alpha-\beta)^2 \underbrace{\braket{\alpha,\beta}{\alpha,\beta}}_{\geq 0} +\end{equation}