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量子力学IWOP技术与正规乘积公式
第七章 IWOP技术推导正规乘积算符公式
当一个算符排成正规乘积以后,它的相干态矩阵元就立刻可以得出,即,利用IWOP技术可以将很多量子力学算符化成正规乘积,它们在量子力学的各项计算中会有潜在的应用,帮助我们进一步分析物理性质。另一方面,新的表象的建立也为导出新的算符恒等式提供了基础,如从纠缠态表象、相干态表象,我们都可以导出许多新的公式。
§7.1 n维球极坐标空间中完备性的正规乘积[1]
在球极坐标系统中,矢径,那么相应的正规乘积展开形式是什么呢?我们不妨把这个问题推广到维坐标空间去讨论。利用n维坐 标算符本征态的Fock空间展开式
(7.1.1)
并考虑到维真空投影算符的展开式,我们看到
(7.1.2)
为了证明的完备性,将转化成在球极坐标中的体积元,即
这里 则转换的Jacobi式为
(7.1.3)
因此
(7.1.4)
利用一个已知的积分公式
并用IWOP技术对方位角 依次进行积分得
(7.1.5)
这里我们令,(),再用Poisson积分公式[2]
(7.1.6)
看到
(7.1.7)
将其代入到(7.1.6)得
(7.1.8)
使用Bessel和Gamma函数的定义
, (7.1.9)
(7.1.10)
得到
(7.1.11)
这就用IWOP技术证明了维坐标空间完备性。
§7.2 n维径向坐标算符的正规乘积展开
三维径向坐标算符的幂算符()的正规乘积展开为
, (7.2.1)
这里三维径向坐标算符具有旋转对称性,如果将其推广到n维具有旋转不变性的情况,算符正规乘积展开又该是什么呢?
定义为
, (7.2.2)
这里,。用(7.1.11)和IWOP技术得
(7.2.3)
用Gamma函数的递推关系
,(且为整数)
得
(7.2.4)
这里定义
我们还可以用超几何函数[3]
, (7.2.5)
简写(7.2.4)得
(7.2.6)
再用Kummer第一公式
, (7.2.7)
得到了一个更为简约的表达式
(7.2.8)
不妨我们以三维()和四维()为例推导的正规乘积展开式,当 , 考虑到,于是从(7.2.8)得
(7.2.9)
当 ,
(7.2.10)
可以看出,利用IWOP积分技术和表象的完备性我们能将很多算符正规乘积化,帮助我们简化了一些繁琐的物理计算过程。
§ 7.3 三维径向坐标的Hermit多项式算符的正规乘积展开
n维径向坐标算符的正规乘积展开已经在前节中作了介绍,那么对于多项式形式的算符又如何进行正规乘积展开呢?这节将介绍Hermit多项式算符的正规乘积展开,为简单起见,仅以三维的Hermit多项式算符为例说明。
由三维坐标本征态的完备性得
, (7.3.1)
在三维的球极坐标里
(7.3.2)
这里 对角度积分后,得
(7.3.3)
根据下面两个积分公式[4]
(7.3.4)
这里 表示超几何流函数[3]
(7.3.5)
注意到,当或者等于 ()时,这个Gauss型的数列就会退化为的阶多项式
(7.3.6)
这样我们就能导出 的正规乘积展开形式。所以,当时
(7.3.7)
当时
(7.3.8)
特别地,当时,从(7.3.8)式,我们看到
(7.3.9)
当时,对(7.3.7)式为
(7.3.10)
当时,(7.3.8)式为
(7.3.11)
当时,(7.3.7)式为
(7.3.12)
这里(7.3.10)—(7.3.12)式中的最后一步计算还利用上节中的的正规乘积展开式 (7.2.8)(时)的形式。根据Herm
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