非对易相空间及其狄拉克粒子电磁场中的运动

近年来,有关非对易空间的各种物理问题成为诸多学者研究的热点,并在量子力学、量子场论、量子电动力学、凝聚态物理、天体物理等各领域中被广泛探讨.本文通过非对易空间里电磁场中狄拉克粒子的哈密顿量,推导出速度算符和所受到的力算符的表达式,利用Bopp变换方法给出了电磁场作用下的狄拉克粒子在非对易空间和非对易相空间中的哈密顿量,从而推导出了速度算符和力算符的表达式,其中均包含因非对易引起的修正项.在此基础上进一步分析得出,非对易效应对狄拉克粒子的速度算符和所受到的力算符有一定的影响,但动量-动量算符的非对易性对粒子的速度算符没有影响.     

非对易空间的三模谐振子能谱

在非对易空间中,用不变本征算符方法(IEO),对非耦合、坐标耦合、动量耦合三种三模谐振子系统能谱进行求解,并将求解结果与一般对易空间的能谱进行比较分析.通过比较发现,当非对易参数为零时,所求能级差还原到了与普通空间相对应的一般量子系统哈密顿量能级差,验证了推导结果的正确性;同时讨论了耦合系数对非对易空间能谱的影响. 关键词： 不变本征算符 非对易空间 三模谐振子能谱 能级差     

非对易相空间中谐振子体系热力学性质的探讨

2000年以来, 有关非对易空间的各种物理问题一直是研究的热点, 并在量子力学、场论、凝聚态物理、天体物理等各领域中已被广泛地探讨. 采用统计物理方法讨论非对易效应对谐振子体系热力学性质的影响. 先以对易相空间中确定二维和三维谐振子的配分函数求出谐振子体系的热力学函数; 非对易相空间中的坐标和动量通过坐标-坐标和动量-动量之间的线性变换而以对易相空间中的坐标和动量来表示; 最终以非对易相空间中求出配分函数来讨论非对易效应对谐振子体系热力学性质的影响. 结果显示, 在非对易相空间中谐振子体系的配分函数和熵表达式均包含因非对易引起的修正项. 从分析结果得出如下结论: 非对易效应对谐振子的配分函数和熵函数等微观状态函数有一定的影响, 但对谐振子体系的内能、热容量等宏观热力学函数没有影响. 研究结果只是对应于满足玻尔兹曼统计的经典体系, 对于满足费米-狄拉克和玻色-爱因斯坦统计的量子体系需进一步推广研究.     

非对易相空间中的狄拉克振子的能级和Wigner函数

非对易几何、弦论和圈量子引力理论的发展,使非对易空间受到越来越多的关注.非对易量子理论不同于平常的量子理论,它是弦尺度下的特殊的物理效应,处理非对易量子力学问题需要特殊方法.本文首先介绍了Moyal方程与Wigner函数,利用Moyal-Weyl乘法与Bopp变换将H(x,p)变换成^H(^x,^p),考虑坐标—坐标、动量—动量的非对易性,实现对非对易相空间中星乘本征方程的求解.并利用非对易相空间量子力学的代数关系,讨论了非对易相空间中狄拉克振子的Wigner函数和能级,研究结果发现非对易相空间中狄拉克振子的能级明显依赖于非对易参数.     

激光对含偏心核球形粒子的辐射俘获力

利用偏心球形粒子对任意角度入射有形波束散射的理论,从广义米理论出发,根据电磁场的动量守恒及麦克斯韦张量,推导了任意入射波束对偏心球形粒子辐射俘获力的级数表达式,并以高斯波束为例,就离轴入射有吸收偏心球形粒子时的辐射俘获力进行了数值模拟,讨论了束腰半径、吸收系数、内核的相对大小及位置对俘获情况的影响. 关键词： 广义米理论 偏心球 辐射俘获力 光镊     

三体耦合摆量子系统的精确波函数

利用不变本征算符法研究了三体耦合摆量子系统的简正频率及其对应的简正坐标与共轭动量,并对系统的哈密顿量进行了退耦合,得到了系统的明显的简正频率解析解.推导出在坐标表象中系统的精确波函数的解析解.但是,不变本征算符法对于计算系统哈密顿量中包含力学量的3次方及3次方以上的项时非常复杂.     

两粒子相容可观察量共同本征矢的推导

利用有序算符正规乘积内的积分技术(IWOP)和待定系数法,推导出了两粒子相对坐标算符x^1-x^2与总动量算符p^1 p^2的共同本征矢|η〉在Fock空间中的展开式,为解决这类问题提供了一种行之有效的方法,这对提高学生的学习素质和加深学生对理论知识的理解会有一定的帮助.     

生成坐标方法用于核四极激发及其与IBM的联系

由包含单极对力与四极力的原始哈密顿量出发, 采用生成坐标方法(GCM), 微观地推导了与截断四极声子模型(TQPM)形式相同的等效哈密顿量及电四极跃迁算符. 通过对应关系即可计算出唯象IBM哈密顿量及跃迁算符中所需的参量值. 文中对振动型核¹¹⁰Cd及¹⁵⁰Gd的实验数据进行了计算, 获得较好符合.     

n模耦合谐振子量子系统的精确波函数

利用不变本征算符法研究了n模耦合谐振子量子系统的简正频率及其对应的简正坐标与共轭动量,并对系统的哈密顿量进行了退耦合,得到了系统的明显的简正频率解析解.推导出坐标表象中系统的精确波函数的解析解.并对不同情形的耦合系数进行了讨论,认识到n模动量耦合谐振子体系和n模坐标耦合谐振子体系是本文所研究的体系的特例.     

电磁场中带电粒子在非对易相空间的能级

非对易空间效应是出现在弦的尺度下的一种物理效应。 首先扼要介绍了非对易相空间中的量子力学代数、 Moyal Weyl乘法和广义Bopp变换, 然后讨论了电磁场中带电粒子的Hamiltonian算符, 最后给出了其在非对易相空间中的能级情况。     

二次量子化中单体和两体算符的一种启发式推导

二次量子化是研究生和高年级本科生量子力学课程中的重要内容.如何从一次量子化中的多粒子哈密顿量及波函数出发,自然地导出二次量子化中由产生和湮没算符表示的单体和两体算符,是一个既关键且又使初学者较难理解的步骤.以全同费米子系统为例,本文给出该步骤的一种自然且具有启发性的推导方法.该方法仅依赖于:多粒子波函数的对称性假设,Fock空间中“真空填充”的概念,以及全反对称多粒子波函数与Fock态的等价性.     

非对易相空间中角动量的分裂

非对易空间效应是一种在弦尺度下出现的物理效应. 本文首先介绍了在Schwinger表象中角动量的3个分量用产生--消灭算符的表示形式, 接着讨论了非对易相空间的量子力学代数; 然后用对易空间谐振子的产生-消灭算符表示出了在非对易情况下的角动量; 最后讨论了非对易相空间中角动量的分裂.     

坐标算符在动量表象中表示式的一种引入方法

在量子力学教材中,坐标算符在动量表象中的表示只是给出最终的结果,很少提及其详细的推导过程,这将使学生在学习量子力学过程中产生相应的疑惑.还有的是利用自由粒子是平面波的基本假设和狄拉克δ函数来推导坐标算符在动量表象中的表示,比较抽象和复杂,在教学中不利于学生的深入理解.本文另辟新径通过在泰勒展开的基础上引入了泰勒平移的概念,最后根据对易关系和泰勒平移来推导坐标算符在动量表象中的表示.该方法在教学过程中具有启发性,更有利于学生对这部分内容的理解.     

无量纲量子力学态矢表示

狄拉克基于叠加原理的要求引入了物理状态的矢量表示，仓促间留下了量纲不一致的问题。近年有研究者从量纲分析的角度做了弥补，但未涉及问题的实质。本文坚持量子力学态矢量应采用无量纲表示，从而做到量子力学表示中波函数、变换、物理量算符及其本征值等角色主体各自的量纲一致性，特别是使得态空间上的变换满足群的要求。基于湮灭算符和产生算符a,a⁺可为位置算符、动量算符构建无量纲态矢表示，消除文献中不自洽的量纲关系所造成的一些困扰。     

三维各向同性谐振子的几何动量分布

尽管几何动量最初的引入是为了描述超面上的运动粒子的动量,却不需要限制在真实的曲面上.如果一个曲线坐标系包含了超面族和超面上的法向矢量作为一个坐标轴的单位矢量,几何动量可以定义在超面族上,并参与构造对易力学量完全集.在三维各向同性谐振子中,采用球坐标描述,存在等效球面,并在球面族上建立对易力学量完全集.因此,三维各向同性谐振子同时具有动量和几何动量分布.这两个动量的差,可以定义为径向动量,从而使得径向动量可以测量.那么,通过几何动量,可以显示出狄拉克引进的径向动量的物理意义,而不是一直认为的那样完全不具有观测意义.     

非对易量子力学中中性原子在外电磁场中的朗道能级量子化

在非对易量子力学的框架中研究了中性原子在外加电磁场中运动时的朗道能级量子化问题.首先给出了中性原子体系在非对易量子力学中的哈密顿量,然后分别求解了非对易空间和非对易相空间中的薛定谔方程,并得到相应的朗道能级和本征波函数,同时给出了由于空间非对易性引起的能量修正项.     

量子场论中的自旋算符

从量子场论的角度对相对论粒子的运动自旋概念作了进一步深入研究.构造了场量子自旋以及场系统运动自旋两个新算符.给出了场量子自旋动量空间的显式表达式以及用Poincar啨群生成元表示的场系统运动自旋的显式表达式.借助这两个算符,可以干净地解决有关场自旋的问题,表明它们才是场自旋的恰当的算符.     

薛定谔方程的球坐标表示的一个推导

在处理中心力场中粒子的量子运动时要应用薛定谔方程在球坐标中的表示.我们知道定态薛定谔方程就是哈密顿算符的本征方程,而在中心力场中的哈密顿量即为粒子的动能与其势能之和.势能已取U(r)的形式,故问题归结为求动能算符的球坐标表示式.通常利用坐标变换求出在球坐标中的表示式由此即可求得所要求的表示式.为了求解,同时也为了说明上式第二项中的物理意义.还常利用坐标变换的计算求出角动量平方的算符L2即为上式方括号内的量乘以一h2,这样得中心力场中定态薛定谔方程的球坐标表示为[4]这一推导过程的物理意义不太明显,计算过程又较冗长.…     

高斯波束对双层粒子的辐射俘获力

从广义米理论出发，将入射高斯波束用矢量球谐函数展开.根据对电磁场动量的讨论，得出了高斯波束对多层球形粒子的辐射俘获力的表示式，并就单高斯波束对在轴双层有吸收粒子受到的辐射俘获力进行了数值模拟，讨论了束腰半径、吸收系数、内外层相对厚度对俘获情况的影响. 关键词： 辐射俘获力 多层球形粒子 光镊 高斯波束     

磁场中正则动量守恒定律的应用

众所周知,电磁场中带电粒子的哈密顿量为下面我们特别感兴趣的是它在柱坐标系(r,θ,z)中的形式其中正则动量pr,p0,pz与粒子力学动量mvr,mvθ,mvz的关系为这里vr=r,vθ=rθ,vz=z是粒子速度的分量.如果在一个问题里我们发现哈密顿量H中不含某个正则坐标qα,则根据正则方程这时相应的正则动量pa守恒,即沿粒子的轨道其数值不变.利用这一点,有时可以避免复杂的轨道计算,直截了当地得到一些重要的结论.下面举若干例子来说明. 例一[1]一对同轴柱形的导体,半径分别为a和b,内柱载有沿柱轴z方向的电流I,电流沿外柱流回,故两柱之间的区域内矢势为A=-z…