Problemas. Simetrías Discretas

Documentos relacionados
FÍSICA 4 PRIMER CUATRIMESTRE DE 2015 GUÍA 9: POTENCIALES EN 2-D Y 3-D, MOMENTO ANGULAR, ÁTOMO DE HIDRÓGENO, ESPÍN

Potencial central Potenciales centrales. Ecuaciones radiales. Si el Hamiltoniano de una partícula es

El núcleo y sus radiaciones Clase 11 Curso 2011 Página 1. Departamento de Física Fac. Ciencias Exactas - UNLP. Momentos nucleares

Apuntes de la asignatura Química Física II (Licenciatura en Química) Tema 4: Postulados de la Mecánica Cuántica

Universidad Central de Venezuela Facultad de Ciencias Escuela de Física Postgrado en Física

Física cuántica I - Colección de ejercicios cortos

Solución analítica de problemas de contorno. Ecuación de ondas

Introducción a la Computación Cuántica

PROBLEMAS Y CUESTIONES Tema 6

SIMETRIAS Y LEYES DE CONSERVACION

Espectroscopía atómica

Problemas de Geometría Proyectiva

Estructura electrónica molecular

UNIVERSIDAD SANTO TOMAS SECCIONAL BUCARAMANGA. División de Ingenierías - Facultad de Química Ambiental

El átomo de hidrógeno

Apuntes de la asignatura Química Física II (Licenciatura en Química) Tema 6: Momento angular

Práctica 6 Funciones de Bessel y armónicos

El átomo de hidrógeno

Mecánica Cuántica y Qubits

Espectroscopía electrónica de moléculas diatómicas

Tema 14 11/02/2005. Tema 8. Mecánica Cuántica. 8.1 Fundamentos de la mecánica cuántica

Tema 5: Elementos de geometría diferencial

Problemas Lineales de Contorno

Ejercicio 1. Ejercicio 2

Operadores diferenciales

25 1. Conceptos fundamentales

GUIA 10. Series de Fourier. 1. Revisión sobre el espacio euclideo R n

Física Contemporánea, Grupo: 8104 Tarea # 4, Fecha de entrega: viernes 18 de septiembre de 2015 Nombre:

Ejercicios de Ampliación de Geometría. Hoja 2

MATEMATICAS ESPECIALES I PRACTICA 7 CLASE 1. Transformaciones conformes

Soluciones a los ejercicios de vectores

Química Física II. Tema II

Vibración y rotación en mecánica cuántica

INSTITUCIÓN EDUCATIVA PEDRO ESTRADA FÍSICA GRADO 11 PROFESOR: ELVER RIVAS

Estados cuánticos para átomos polielectrónicos y espectroscopía atómica

Hoja de Problemas 5. Física Atómica.

Matrices. Operaciones con matrices.

Operadores y Mecánica Cuántica

La Ecuación de Schrödinger

Licenciatura en Economia Macroeconomia II. 1 Una Forma Particular de Funcion de Produccion

2. MECANICA CUANTICA DE SISTEMAS ELEMENTALES.

Mecánica Cuántica II

Apuntes del Modelo del átomo hidrogenoide.

Guía. Álgebra II. Examen parcial III. Transformaciones lineales. Teoremas los más importantes cuyas demostraciones se pueden incluir en el examen

Postulados de la mecánica cuántica. Ponentes: Rodrigo Aguayo Ortiz Paulina Flores Carrillo Tania Hernández Ríos

COMPLEMENTOS DE MATEMATICA 3 - Segundo cuatrimestre de 2007 Práctica 3 - Transformaciones lineales

El Método de Coordenadas de Pares en la Dinámica de Maquinaria.

1. Algunas deniciones y resultados del álgebra lineal

La expresión general para la tensión cortante en un plano inclinado con respecto a la fuerza aplicada es:

Álgebra Lineal III: Planos y Líneas. Problemas Resueltos.

CLASIFICACIÓN AFÍN DE CÓNICAS

PROPIEDADES ELÉCTRICAS DE LOS MATERIALES.

Apuntes de la asignatura Química Física II (Licenciatura en Química) Tema 7: El átomo de hidrógeno

Lista de ejercicios # 4

El oscilador armónico

Modelos Colectivos. Introducción.

Electromagnetismo I. Semestre: TAREA 1 Y SU SOLUCIÓN Dr. A. Reyes-Coronado

Los pasos que se dan son:

El ÁTOMO de HIDRÓGENO

Capítulo 3. Átomos Hidrogenoides.

REGRESIÓN. Pues bien, el análisis de la dependencia estadística admite dos planteamientos ( aunque íntimamente relacionados) :

Rectas y Planos en el Espacio

Rectas y Planos en el Espacio

UCM - Mec. Cuan. Avan. 13/14

ESPÍN ELECTRÓNICO (4.1)

Descomposición en valores singulares de una matriz

Vibración y rotación en mecánica cuántica

P xx ( r) P xy ( r) P xz ( r) P xy ( r) P yy ( r) P yz ( r) P xz ( r) P yz ( r) P zz ( r) d S = ds ˆn( r) (2)

CONCEPTOS BÁSICOS DE ESPACIOS VECTORIALES Alumno. Cristina Mª Méndez Suero

Computación Cuántica Topológica

EL PÉNDULO SIMPLE. Laboratorio de Física General (Mecánica) 1. Objetivo de la práctica. 2. Material. Fecha: 02/10/2013

Tema III: Tensores. José D. Edelstein. Universidade de Santiago de Compostela. Santiago de Compostela, marzo de 2011

Física 3: Septiembre-Diciembre 2011 Clase 13,Lunes 24 de octubre de 2011

CONJUNTO R n. = (5, 2, 10) de 3, son linealmente. = (2,1,3) y v 3. = (0,1, 1) y u 3. = (2,0,3, 1), u 3. = (1,1, 0,m), v 2

Forma polar de números complejos (repaso breve)

Introducción a la mecánica cuántica

Universidad de Salamanca. La simetría SO(4) en el problema cuántico de Kepler-Coulomb

Programa de Acceso Inclusivo, Equidad y Permanencia. PAIEP, Universidad de Santiago

Capítulo 1 Vectores. 26 Problemas de selección - página 13 (soluciones en la página 99)

UNIVERSIDAD DE CONCEPCION FACULTAD DE CIENCIAS FISICAS Y MATEMATICAS DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MATEMATICA

El átomo: sus partículas elementales

El electrón. Naturaleza. Distribución de los electrones en el átomo. Química General I 2012

La densidad electrónica es el valor esperado de un operador de la mecánica cuántica

5.1. Soluciones de EDP s de coeficientes constantes

Definición Una hipótesis es una afirmación acerca de un parámetro.

EL ÁTOMO DE HIDRÓGENO

20. Absorción y emisión estimulada de fotones por electrones ligados. Coeficientes de Einstein.

ATOMO DE HIDROGENO. o = permitividad al vacío = 8.85 X C 2 N -1 cm -1. = metros. F = Newtons 2. Ó (3)

Generalidades del Estado Sólido

Matemáticas II. Prácticas: Matrices y Determinantes ; C = 1 3 5

Compuerta de fase: realización física a partir de una fase abeliana (fase de Berry)

Ayudantía 5 - Soluciones Ley de Gauss

CINEMÁTICA: MOVIMIENTO CIRCULAR, CONCEPTOS BÁSICOS Y GRÁFICAS

Tema IV: Operadores lineales

2. El conjunto de los números complejos

Instituto de Física Universidad de Guanajuato Agosto 2007

Gráficas de las partes angulares En la figura presentamos la gráfica de la función s: (1/4π) 1/2

Tensores cartesianos.

Decoherencia: origen cuántico de lo clásico

POSTULADOS DE LA MECÁNICA CUÁNTICA

Transcripción:

Probemas Probemas 1 Sea T d e operador de trasación con vector despazamiento d, D(ˆn, φ) e operador de rotación (ˆn y φ son respectivamente e eje y e ánguo de rotación), y Π e operador de paridad Cuáes de os siguientes pares de operadores conmutan? Por qué? (a) T d y T d (d y d en distintas direcciones) (b) D(ˆn, φ) y D(ˆn, φ ) (ˆn y ˆn en distintas direcciones) (c) T d y Π (d) D(ˆn, φ) y Π 2 Señaar de as siguientes expresiones cuaes son verdaderas y cuaes fasas (a) Si e Hamitoniano es invariante rotaciona, necesariamente [Ĵ, Ĥ] = 0 y [Ĵ 2, Ĥ] = 0 (b) Si e Hamitoniano es invariante rotaciona, todos os estados de a forma D(R) n; jm tienen a misma energía (c) Si e Hamitoniano es invariante rotaciona, todos os estados de a forma n; jm tienen a misma energía, independientemente de vaor de m (d) E Hamitoniano cuyo potencia es V (r) + α ˆL Ŝ tiene una degeneración (2j + 1) en cada nive, debido a punto anterior (e) E operador momento dipoar eéctrico tiene paridad par (f) E conmutador [ˆx, Π] = 0 } (g) E anticonmutador {ˆL, Π = 0 (h) E conmutador [Ĵ, Π] = 0 (i) Π ĴΠ = Ĵ (j) Si [Π, Ĥ] = 0, un vector con paridad definida a t = 0 mantiene su paridad a todo t (k) Π 1 Ŝ ˆxΠ = Ŝ ˆx () Π 1 Ŝ ˆLΠ = Ŝ ˆL (m) Si un Hamitoniano es invariante ante inversiones espaciaes, os estados estacionarios no tienen momento dipoar permanente (n) Puede existir un estado de átomo de Hidrógeno con n = 2 que tenga momento dipoar permanente 3 En a case vimos que operando ˆT [ˆr, ˆp] ˆT 1 nos eva a que ˆT i ˆT 1 = i, y por o tanto ˆT debe ser antiinea Legar a a misma concusión con as reaciones de conmutación entre as componentes de Ĵ y entre as componentes de ˆp y Ĵ 4 Considerar un sistema que a t = 0 se encuentra en e estado α A tiempo t = 0 se e apica un operador de reversión tempora ˆT y se o deja evoucionar hasta un tiempo infinitesima δt (a) Si e movimiento es simétrico bajo inversión tempora, cómo debería pantearse a equivaencia si intercambiamos e orden de as operaciones? http://wwwdfubaar/users/dmitnik/teoricaii/simietrias 1

Probemas (b) Expresar as operaciones de trasación tempora infinitesima en forma matemática y egar a as reaciones de conmutación pertinentes (c) Eaborar un argumento adiciona acerca de por qué e operador ˆT debe ser antiinea 5 Demostrar que si un operador antiinea ˆθ = Ŷ ˆK donde ˆK es e operador conjugación compeja, entonces Ŷ debe ser inea 6 Demostrar que si un operador antiinea ˆθ = Û ˆK donde Û es un operador unitario y ˆK es e operador conjugación compeja, entonces si ᾱ = ˆθ α y β = ˆθ β, entonces β ᾱ = α β 7 Evaúe os siguientes eementos de matriz Si aguno se anua, expique por qué usando argumentos de simetría (a) n = 2, = 1, m = 0 x n = 2, = 0, m = 0 (b) n = 2, = 1, m = 0 p z n = 2, = 0, m = 0 (c) L z para un eectrón en un campo centra con j = 9/2, m = 7/2, y = 4 En (a) y (b), nm son os autoestados de energía de átomo de hidrógeno ignorando os efectos de spín 8 (a) Sea φ(x, t) a función de onda de una partícua sin espín correspondiente a una onda pana en tres dimensiones Muestre que φ (x, t) es a función de onda de una onda pana con a dirección de momento invertida (b) Sea χ(ˆn) e auto-spinor de dos componentes de σ ˆn con autovaor +1 Utiizando a forma expícita de χ( ˆn) en términos de os ánguos poares y azimutaes α y β que caracterizan a ˆn, verifique que iσ y χ (ˆn) es e auto-spinor con a dirección de spín invertida 9 (a) Asumiendo que e hamitoniano es invariante ante inversión tempora, pruebe que a función de onda para un sistema no degenerado sin espín, puede ser eegida rea en cada instante de tiempo (b) La función de onda para un estado de onda pana está dada en t = 0 por a función compeja e ip x/ Por qué esto no vioa a invariancia de inversión tempora? 10 Sea φ(p ) = p α a función de onda en representación de momentos de estado α La función de onda en representación de momentos de estado Θ α (donde Θ es e operador de inversión tempora), está dada por φ(p ), φ( p ), φ (p ), o por φ ( p )? Justifique 11 Se sabe que un estado cuántico Φ es simutáneamente autoestado de dos operadores hermíticos A y B que anticonmutan Qué puede decir sobre os correspondientes autovaores de A y B para este estado? Iustre e resutado usando e operador paridad y e operador de momentos (utiice que Π = Π 1 = Π ) 12 Considere dos autoestados de operador paridad Π α = ɛ α α Π β = ɛ β β, donde os autovaores ɛ α y ɛ β pueden ser 1 o 1 Muestre que β x α = 0 2

Probemas savo si ɛ α = ɛ β Reacione este resutado con e argumento usua φ β xφ αd 3 x = 0 si φ α y φ β tienen a misma paridad (rega de Laporte) Qué ocurre con β p α? Y con β S x α? 13 Considere a función de onda de una partícua sin spín x αm = R α (r)y m Qué puede decir de V (r) en que se encuentra a partícua? Usando as expresiones de os armónicos esféricos, muestre que frente a a transformación de paridad x x, e estado se transforma como Π αm = ( 1) αm Qué puede decir de as propiedades de conmutación de Π y L? 14 Una partícua de spin s = 1/2 está igada a un centro fijo por un potencia esféricamente simétrico Las autofunciones simutáneas de L 2, S 2, J 2 y J z se pueden escribir: Y j=±1/2,m = ± = ± m + 1/2 2 + 1 ( 1 2 + 1 ( Y m 1/2 1 0 ± ± m + 1/2Y m 1/2 m + 1/2Y m+1/2 (a) Escriba a función spín-anguar Y j=1/2,m=1/2 =0 ) ( m + 1/2 + Y m+1/2 1 2 + 1 0 ) (b) Exprese (σ x)y j=1/2,m=1/2 =0 en términos de Y j,m (c) Muestre que e resutado obtenido en (b) se puede interpretar usando as propiedades de transformación de S x ante rotaciones e inversión espacia (paridad) 15 En términos de cuaes de os Y j,m puede expresarse (S x y S y x)y j=3/2,m=3/2 =1? Ayuda: Puede resutar úti saber que si U y V son tensores de rango 1, entonces (U V) i 2 también o es 16 Debido a interacciones débies existentes entre os eectrones atómicos y e núceo, se puede tomar un potencia que vioa paridad de a siguiente forma: V = λ[δ 3 (x)s p + S pδ 3 (x)], donde S y p son os operadores de spín y de momento de eectrón respectivamente, y se supone que e núceo está ubicado en e origen de coordenadas Como resutado, e estado fundamenta de un átomo acaino, usuamente caracterizado por n,, j, m, en reaidad contiene pequeñas contribuciones provenientes de otros autoestados en a siguiente manera: n,, j, m n,, j, m + C n j m n,, j, m n j m Usando soamente consideraciones de simetría, qué puede decir acerca de os (n,, j, m ) que dan contribuciones no nuas? Suponga que as funciones de onda radiaes y os nivees de energía son conocidos Indique como cacuaría os C n j m Se obtienen más restricciones acerca de os (n,, j, m )? ) 3

Probemas 17 Sea una partícua sometida a un potencia de osciador armónico cuyo estado inicia a t = 0 es e estado coherente β = e β 2 /2 n=0 β n n! n, donde β C (a) Se mide e operador paridad Π a t = 0 obteniéndose e autovaor +1 Cuá es e estado ψ de sistema a tiempo t > 0? (b) Qué vaores puede tomar a t > 0 e operador H y con qué probabiidad? Cuá es e estado a un tiempo posterior? Cuá es e primer estado excitado? Qué resutados posibes daría a medición de Π? (c) Si se quisiera medir e operador de aniquiación a en e estado ψ, qué vaores podría obtener? (d) Cacue e vaor medio de os operadores a y a coherente? Es ψ un estado 18 Muestre que os operadores P + = (1+Π)/2 y P = (1 Π)/2 son proyectores Qué condición debe cumpir ψ(r) para que ψ pertenezca a subespacio invariante de P + o de P? Qué quiere decir físicamente que P + + P = 1? 19 Considere un potencia rectanguar simétrico dado por para x > a + b V (x) = 0 para a < x < a + b V 0 > 0 para x < a Asumiendo que V 0 es mucho mayor que as energías correspondientes a os nivees mas bajos, obtenga una expresión aproximada para a separación en a energía de os dos estados mas bajos Qué ocurre en e ímite V 0? Tienen en este caso os autoestados de a energía paridad definida? Justifique (a) Cuá es e estado inverso-tempora correspondiente a D(R) j, m? (b) Usando as propiedades de inversión tempora y rotaciones, pruebe que (c) Pruebe que Θ j, m = i 2m j, m D (j) m,m (R) = ( 1)m m D (j) m, m (R) 20 Suponga que una partícua sin spín está igada a un centro fijo por un potencia V (x), tan asimétrico que ningún nive de energía es degenerado Usando invariancia ante inversión tempora, pruebe que L = 0 para cuaquier autoestado de energía Si a función de onda de uno de estos autoestado no degenerados se expande en a forma F m (r)y m, qué tipo de restricciones de fase se obtienen para F m (r)? m 4

Probemas 21 E Hamitoniano de un sistema de spín 1 está dado por H = AS 2 z + B(S 2 x S 2 y) Resueva exactamente este probema para encontrar os autoestados normaizados de energía y sus autovaores (un Hamitoniano dependiente de espín de este tipo aparece en e estudio de cristaes) Es este Hamitoniano invariante ante inversión tempora? Cómo se transforman ante inversión tempora os autoestados normaizados obtenidos? 5