量子物理自旋態(tài)的描寫(xiě).ppt

1、2020/8/9,7,1,自旋態(tài)的描寫(xiě),自旋態(tài)的描寫(xiě),2020/8/9,7,2,旋量波函數(shù),既然自旋是電子的一個(gè)重要屬性，對(duì)電子的完整描寫(xiě)就應(yīng)該包含自旋在某個(gè)方向上的投影這個(gè)變量：,旋量波函數(shù),給出電子處于空間某點(diǎn)時(shí)自旋向上的概率；,給出電子在空間某點(diǎn)時(shí)自旋向下的概率；,給出電子自旋向上的概率；,給出電子自旋向下的概率；,歸一化條件：,2020/8/9,7,3,自旋本征態(tài),如果哈密頓量不含自旋變量，或者可以表示成空間部分與自旋部分的和，則波函數(shù)可以分離變量：,自旋波函數(shù),分別代表自旋,向上或向下的概率。,歸一化條件：,如果一個(gè)態(tài)的自旋明確地是向上或者向下，則它就是,的本征態(tài)：,2020/8/9

2、,7,4,自旋的角動(dòng)量特征,兩個(gè)本征態(tài)構(gòu)成自旋態(tài)空間的一組正交完備基，任意自旋態(tài)都可以用它們展開(kāi)：,系統(tǒng)的波函數(shù)則可以寫(xiě)成,自旋是一個(gè)純粹的量子特性，不可能有經(jīng)典對(duì)應(yīng)。 一般力學(xué)量都有經(jīng)典對(duì)應(yīng)，可以表示成坐標(biāo)與動(dòng)量的函數(shù)，自旋卻只與粒子的內(nèi)部狀態(tài)有關(guān)。 由于自旋算符在任意方向上的投影只能取兩個(gè)值，因此它的三個(gè)分量算符的本征值也就只能取這兩個(gè)值：,自旋量子數(shù),顯然，自旋具有角動(dòng)量的特征。,2020/8/9,7,5,泡利算符,由于自旋具有角動(dòng)量的特征，通常假設(shè)它的三個(gè)分量的對(duì)易關(guān)系與軌道角動(dòng)量的相同：,引入無(wú)量綱的泡利算符,泡利算符的對(duì)易關(guān)系：,考慮其中一個(gè)對(duì)易關(guān)系,泡利算符的反對(duì)易關(guān)系,類(lèi)似地可以得到其余兩個(gè)反對(duì)易關(guān)系：,泡利算符的三個(gè)分量彼此反對(duì)易。 聯(lián)合對(duì)易關(guān)系與反對(duì)易關(guān)系得到：,自旋作為力學(xué)量必須是厄米的，這導(dǎo)致,2020/8/9,7,6,泡利算符的第三分量,把自旋的方向取作 z 方向，由自旋的本征態(tài)的特點(diǎn)得：,旋量波函數(shù)是二分量的，這導(dǎo)致泡利算符是二階矩陣。,由此得到泡利算符的第三分量：,2020/8/9,7,7,泡利矩陣,泡利算符的反對(duì)易性與