מקדמי קלבש-גורדן

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

במכניקת הקוונטים, מקדמי קלבש-גורדן הם מקדמים המשמשים לבניית מצבים עצמיים של התנע הזוויתי הכולל של מערכת מורכבת מתוך מצבים עצמיים של תנע זוויתי של תת-מערכות שלה.

מרחב המכפלה החיצונית[עריכת קוד מקור | עריכה]

נתונה מערכת המורכבת משתי תת-מערכות.

יהי \ V_1 מרחב וקטורי \ 2j_1+1 ממדי, הנפרס על ידי המצבים העצמיים של j_1^2, j_{z1}, התנע הזוויתי של תת-המערכת הראשונה ורכיב \ z שלו:

|j_1 m_1 \rangle \quad m_1=-j_1,-j_1+1,\ldots j_1

ויהי \ V_2 מרחב וקטורי \ 2j_2+1 ממדי, הנפרס על ידי המצבים העצמיים של j_2^2, j_{z2}, של תת-המערכת השנייה:

|j_2 m_2 \rangle \quad m_2=-j_2,-j_2+1,\ldots j_2

מרחב המצבים של המערכת הכוללת הוא מרחב \ (2j_1+1)(2j_2+1) ממדי, הנתון על ידי המכפלה של שני המרחבים הנפרדים V_{12} \equiv V_1 \otimes V_2. בסיס אפשרי למרחב זה הוא סט מצבי המכפלה החיצונית של המצבים הנפרדים

|j_1 m_1 \rangle |j_2 m_2 \rangle \equiv |j_1 m_1 \rangle \otimes |j_2 m_2 \rangle

התנע הזוויתי הכולל של המערכת המורכבת[עריכת קוד מקור | עריכה]

נגדיר אופרטורים הפועלים במרחב \ V_{12} באמצעות רכיבי התנעים הזוויתיים הנפרדים (כאן \mathbf{1} מייצג את אופרטור היחידה)

J_i \equiv j_{i1} \otimes \mathbf{1} + \mathbf{1} \otimes j_{i2}\quad\mathrm{for}\quad i = x,y,z

כל מכפלה כזאת פועלת על מרחב המצבים של המערכת הכוללת באופן הבא

(j_{i1} \otimes \mathbf{1})|j_1 m_1\rangle|j_2 m_2\rangle \equiv (j_{i1}|j_1m_1\rangle) \otimes |j_2m_2\rangle
(\mathbf{1} \otimes j_{i2}) |j_1 m_1\rangle|j_2 m_2\rangle) \equiv |j_1m_1\rangle \otimes j_{i2}|j_2m_2\rangle

אופרטורים אלו מקיימים את יחסי החילוף של רכיבי תנע זוויתי

[J_k,J_l] = i \sum_{m=1}^3 \epsilon_{klm}J_m

לפיכך נוכל להגדיר את התנע הזוויתי הכולל של המערכת, שאופרטורים אלו הם רכיביו, ואשר מקיים

\mathbf{J}^2 |j_1j_2JM\rangle = J(J+1) |j_1j_2JM\rangle
J_z |j_1j_2JM\rangle = M |j_1j_2JM\rangle,\quad \mathrm{for}\quad M=-J,\ldots,J

כאשר |j_1j_2JM\rangle הם המצבים העצמיים של התנע הזוויתי הכולל (וגם של התנעים הזוויתיים הנפרדים), והם פורסים את המרחב \ V_{12}. כמו כן \ J מקיים את אי שוויון המשולש

|j_1-j_2| \leq J \leq j_1+j_2

הגדרת מקדמי קלבש גורדן[עריכת קוד מקור | עריכה]

מצבי המכפלה מהווים בסיס של המרחב \ V_{12}, מכאן שניתן להביע כל מצב במרחב כצירוף לינארי שלהם. בפרט, ניתן להביע את המצבים העצמיים של התנע הזוויתי הכולל בבסיס זה:

|j_1j_2JM\rangle = \sum_{m_1=-j_1}^{j_1} \sum_{m_2=-j_2}^{j_2}
  |j_1m_1\rangle|j_2m_2\rangle \langle j_1m_1j_2m_2|j_1j_2JM\rangle

מקדמי הצירוף הלינארי \langle j_1m_1j_2m_2|j_1j_2JM\rangle נקראים מקדמי קלבש גורדן. נהוג להשמיט את \ j_1j_2, ולסמן את המקדמים בקיצור \langle j_1m_1j_2m_2|JM\rangle.

על ידי הגדרת אופרטורי סולם של התנע הזוויתי הכולל ניתן למצוא יחסי רקורסיה שבאמצעותם ניתן לחשב את מקדמי קלבש גורדן במפורש. את יחסי הרקורסיה מצא יואל רקח בשנת 1941.

תכונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

הפעלת האופרטור J_z = j_{z1} \otimes \mathbf{1} + \mathbf{1} \otimes j_{z2} על המשוואה המגדירה את המקדמים מראה שהמקדמים מתאפסים אלא אם מתקיים

\ M = m_1 + m_2

בנוסף, המקדמים מקיימים

\langle J M|j_1 m_1 j_2 m_2\rangle \equiv \langle j_1 m_1 j_2 m_2|J M \rangle

ואת יחסי האורתוגונליות:

\sum_{J=|j_1-j_2|}^{j_1+j_2} \sum_{M=-J}^{J}
  \langle j_1 m_1 j_2 m_2|J M \rangle \langle J M|j_1 m_1' j_2 m_2'\rangle
   = \delta_{m_1,m_1'}\delta_{m_2,m_2'}
\sum_{m_1m_2} \langle J M|j_1 m_1 j_2 m_2\rangle
                \langle j_1 m_1 j_2 m_2|J' M' \rangle
   = \delta_{J,J'}\delta_{M,M'}

שימושים[עריכת קוד מקור | עריכה]

כאמור, המקדמים משמשים לבניית מצבים של התנע הזוויתי הכולל מתוך מצבים של התנעים הזוויתיים הנפרדים. בנוסף, לתכונות מקדמי קלבש גורדן יש חשיבות בקביעת כללי ברירה של מעברים קרינתיים תוך שימוש במשפט ויגנר-אקרט.

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]