Bài giảng Cơ lượng tử - Chương 3: Ma trận thống kê lượng tử
lượt xem 3
download
Bài giảng cung cấp cho người học các kiến thức: Ma trận thống kê lượng tử, thống kê lượng tử, trung bình thống kê lượng tử, tính trị trung bình,... Hi vọng đây sẽ là một tài liệu hữu ích dành cho các bạn sinh viên đang theo học môn dùng làm tài liệu học tập và nghiên cứu. Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung tài liệu.
Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!
Nội dung Text: Bài giảng Cơ lượng tử - Chương 3: Ma trận thống kê lượng tử
- Chương 3: Ma trận thống kê lượng tử KE
- 3.1 – Mở đầu • Trong bài toán thống kê lượng tử, hệ được xem như vô số các hạt lượng tử. • Trạng thái vi mô của hệ xem là trạng thái của các hạt lượng tử mô tả bởi các hàm sóng. • Các hàm sóng và các mức năng lượng của hệ được xác định bằng cách giải phương trình Schrodinger.
- 3.1 – Mở đầu • Nói chung các mức năng lượng của hệ lượng tử là gián đoạn. • Tuy nhiên đối với hệ vĩ mô, số lượng các mức năng lượng là vô cùng lớn, nên sự phân bố các mức trên phổ năng lượng là gần như liên tục nhau (dày đặc) Khoảng cách 2 vạch kề nhau s là rất bé • Vì thế năng lượng của bất kỳ một loại tương tác nào đó đều lớn hơn rất nhiều so với khoảng cách của hai mức năng lượng liên tiếp
- Trung bình thống kê lượng tử • Thực tế, hệ vĩ mô không thể ở một trạng thái dừng hoàn toàn tức là không thể mô tả trạng thái vĩ mô của một hệ lượng tử chính xác bằng một hàm sóng được. • Như vậy, tại một thời điểm xác định, trạng thái vĩ mô của một hệ lượng tử có thể được mô tả bằng rất nhiều hàm sóng khác nhau ứng với nhiều trạng thái lượng tử khác nhau. • Việc tính trung bình đại lượng được thực hiện trên các trạng thái vi mô xác định bởi các hàm sóng thông qua một đại lượng trung gian là ma trận thống kê.
- Trung bình thống kê lượng tử • GiBBS: Tính trung bình theo thời gian được tính bằng trung bình qua toàn bộ các hàm riêng theo biến không gian (tương ứng các trạng thái vi mô của hệ lượng tử) dựa trên ma trận thống kê Xem các loa phát âm liên tiếp nhau bằng các trạng thái lượng tử
- 3.1 – Tính trị trung bình • Giả sử ở thời điểm cho trước, hệ ở trạng thái lượng tử mô tả bởi hàm sóng (q,t) với q là ký hiệu toàn bộ tọa độ của hệ. Trị trung bình của đại lượng F tính qua toán tử F theo biểu thức: F * (q, t ).Fˆ (q, t )dq (3.1) Vì có nhiều hàm sóng (q,t) nên giá trị trung bình thống kê được tính bởi trung bình lấy theo các hàm sóng: F * Fˆ (3.2)
- Bài tập 3.1 • Tính trị trung bình của toán tử toạ độ x Trong bài toán electron ở giếng thế sâu vô hạn có độ rộng a. Hàm sóng mô tả trạng thái electron là : 2 2 n x n (x) sin( k n x ) sin( ) a a a
- 3.1 – Mở đầu Để thuận tiện ta chuyển từ biểu diễn tọa độ sang biểu diễn mômen xung lượng: Lˆ rˆ x P (3.3) Toán tử mômen xung lượng có các hàm riêng trực giao n và các trị riêng ln thỏa biểu thức: (Chuyển L vì hàm sóng không phụ thuộc t) Lˆ n ( q ) n . n (q ) n / m nm (3.4)
- 3.2 – Trung bình thống kê • Chỉ số n là ký hiệu tập hợp các lượng tử số đặc trưng một trạng thái riêng. Khai triển hàm (q,t) theo các hàm n (q) trong L n • (q , t ) ck (t) k (q ) (3.5) k 1 Thay biểu thức 3.5 vào 3.2 và viết lại như sau: F * Fˆ C*k * k Fˆ Cj j (3.6) k j Vì tích phân (TP) và tổng là giao hoán, đưa hằng số ra ngoài TP: F C*k C j .Fkj (3.7) k, j
- 3.3 – Ma trận thống kê • Phần tử ma trận của toán tử F (trong L biểu diễn) được tính là: Fkj * k Fˆ J * k (q )Fˆ J (q ) .dq (3.8) Định nghĩa phần tử ma trận thống kê là * kJ C C J (3.9) K Đưa kết quả 3.9 và 3.8 vào biểu thức trung bình của F: F kj .Fkj (3.10) k, j Tập hợp n các giá trị của (3.9) tạo thành một ma trận vuông gọi là ma trận thống kê ký hiệu là: 11 12 ... 1n 21 22 ... 21 M (3.11) ... ... ... ... n1 n2 ... nn
- Bài tập 3.2 • Hệ ở giếng thế có 3 trạng thái lượng tử mô tả bởi hàm sóng tổng quát: 3 ( x, t ) CJ J (x, t ) J 1 1 iE1t 1 x 1 iE 2 t 2 x 1 iE 3 t 3 x . exp( ). sin( ) . exp( ). sin( ) . exp( ). sin( ) 2 a 2 a 2 a Xác định các thành phần của ma trận thống kê 3x3 Theo công thức: * kJ C CJ K (3.9)
- Kết quả 11 12 13 ? ? ? M 21 22 23 ? ? ? 31 32 33 ? ? ?
- 3.4 – Phần tử ma trận Tập hợp n các giá trị (3.8) cũng tạo thành một ma trận vuông gọi là ma trận F trong L (và ma trận nghịch đảo của F): F11 F12 ... F1n F11 F21 ... Fn1 F21 F22 ... F2 n T F12 F22 ... Fn 2 MF & MF (3.12) ... ... ... ... ... ... ... ... Fn1 Fn 2 ... Fnn F1n F2 n ... Fnn Từ 2 ma trận 3.11 và 3.12 nếu nhân 2 ma trận đó và sau đó lấy Tổng các TP đường chéo của MT tích thì nó = biểu thức trung bình của F: F kj .Fkj F SP(M .MF) (3.13) k, j Ký hiệu SP của ma trận X là lấy F F F ... tổng của các phần tử nằm trên 11. 11 12. 12 13. 13 đường chéo của ma trận X F 21. 21 F 22. 22 F ... 23. 23 ... n1. n1F F n 2. n 2 F ... n 3. n 3 F nn . nn (3.10)
- Bài tập 3.3 • Tính SP của ma trận m 12 5 m2 X với: 5 8 X m m2 m2 2 2 m 7 15 • Với giá trị m bằng bao nhiêu thì SP (X) có giá trị đơn vị Đáp án là : (được chuẩn hóa)
- Bài tập 3.4 • Cho: m 12 5 m2 1 2 3 4 5 8 1 3 2 1 MX 2 2 MY m m m 0 1 1 4 2 m2 7 15 2 1 1 2 • Tính: N MX.MY (3.13) SP SP(MX.MY ) (3.13a )
- Matrix of Statistics
- Bài tập 3.5 • Hệ ở giếng thế có 3 trạng thái lượng tử mô tả bởi hàm sóng tổng quát: 3 ( x, t ) CJ J (x, t ) J 1 1 iE1t 1 x 1 iE 2 t 2 x 1 iE 3 t 3 x . exp( ). sin( ) . exp( ). sin( ) . exp( ). sin( ) 2 a 2 a 2 a Xác định các thành phần của ma trận của toán tử toạ độ 3x3. Theo công thức: * * x kj k xˆ J k (q )xˆ J (q ) .dq (3.8)
- Bài tập 3.6 • Trở lại bài tập 3.2 và 3.5 Xác định các thành phần của ma trận của toán tử xung lượng theo phương x(3x3). Theo công thức: Pkj * k pˆ x J * k (q)pˆ x J (q ) .dq (3.8) Xác định giá trị trung bình của xung lượng theo ma trận thống kê: P SP(M .MPˆ) (3.13)
- Hướng dẫn (1) • Kết quả MT thống kê: M ?
- Hướng dẫn (2) • Tính giá trị Trung bình của toán tử Px ? ? ? MPx ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? M ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? P SP(M .MPx ) SP ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ?
CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD
-
Bài giảng Trường điện từ - Chương 4: Trường điện từ dừng
16 p | 627 | 93
-
Bài giảng Cơ học lượng tử - Đinh Phan Khôi
131 p | 384 | 77
-
Bài giảng Đo lường - Cảm biến: Cảm biến quang học
19 p | 260 | 59
-
Bài giảng Cơ lưu chất: Chương 3 - TS. Lê Thị Hồng Hiếu
40 p | 241 | 57
-
Bài giảng cơ sở lý thuyết hóa học - Ts. Lê Minh Đức
43 p | 333 | 46
-
Bài giảng Cơ sở vật lý chất rắn: Chương 7 - ThS. Vũ Thị Phát Minh
89 p | 197 | 46
-
Bài giảng Cơ lượng tử - Chương 4: Các ứng dụng cơ học lượng tử
33 p | 98 | 9
-
Bài giảng Cơ lượng tử - Chương 2: Nhiễu loạn
101 p | 149 | 8
-
Bài giảng Cơ sở vật lý chất rắn - Bài 2: Liên kết trong tinh thể
30 p | 31 | 8
-
Bài giảng Cơ học lượng tử - ĐH Phạm Văn Đồng
109 p | 49 | 7
-
Bài giảng Cơ lượng tử - Bài: Ôn lại các hiệu ứng Zeeman
44 p | 104 | 7
-
Bài giảng Cơ lượng tử - Chương 1: Các phương pháp toán nâng cao cho cơ lượng tử
47 p | 70 | 5
-
Bài giảng Trường điện từ: Chương 2 - ĐH Sư phạm Kỹ thuật
15 p | 56 | 5
-
Bài giảng Hoá lượng tử - Phạm Trần Nguyên Nguyên
137 p | 7 | 4
-
Bài giảng Cơ lượng tử
43 p | 76 | 3
-
Bài giảng Cơ học kỹ thuật (Phần Động học): Chương 1 - Nguyễn Quang Hoàng
10 p | 11 | 3
-
Bài giảng Trường điện từ: Chương 5 - Trần Quang Việt
17 p | 3 | 2
Chịu trách nhiệm nội dung:
Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA
LIÊN HỆ
Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM
Hotline: 093 303 0098
Email: support@tailieu.vn