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②波函数的构造 1)对玻色子, 交换对称,分两种情况 a. 归一化波函数可表成 (量子态不同) 其中 b. (量子态相同) 2)对费米子, 交换反对称,归一化波函数 可表成 归一化波函数可表成 所构造的波函数都是交换对称的。 同样, (不存在) 泡利不相容原理 泡利不相容原理: 在全同费米子体系中,不可能有两个或两个 以上的粒子处于同一个单粒子态中(包括坐 标、自旋量子数完全相同) 统计排斥性 ③全同性原理对散射体系的影响 设有两个全同的自由粒子都处在动量本征态, 本征值为 (1)无交换对称性 两粒子的波函数 作变换 以及 上式中 相对坐标 质心坐标 相对动量 质心总动量 (或不考虑交换对称性) 则 波函数 质心运动(不考虑) 相对运动(研究目标) 令其等于 r dr (2)考虑交换反对称波函数 -----费米子 r dr * * §4.4 守恒量与对称性的关系 在经典力学中,守恒量与对称性有密切关系。 体系具有空间平移不变性(空间均匀性) →动量守恒 体系具有空间转动不变性(空间各向同性) →角动量守恒 体系具有时间平移不变性(时间均匀性) →能量守恒 1. 对称性和守恒量 与(1)比较 概率守恒要求 要求 2. 平移不变性与动量守恒 体系状态的波函数变化 应用到无穷小平移 3、空间旋转不变性与角动量守恒 角动量算符的z分量 量子力学的四个基本原理: 原理3 体系状态的波函数可以用算符的本征 函数来展开 原理2 力学量可以用厄米算符来描述 原理1 微观体系的状态可以用波函数完全描述 原理4 体系状态的波函数要满足Schr?dinger 方程。 第五个基本原理---- 全同性原理 §4.5 全同粒子系统 与波函数的交换对称性 1、全同粒子 经典粒子: 有轨迹,可分辨 ①概念: 在量子力学中,把固有性质如电荷、 质量、磁矩、自旋等内禀属性完全相 同的粒子称为全同粒子。 故全同粒子在本质上是不可分辨的。 因而不能编号,交换任意两粒子不影响体系 ② 性质 用量子力学的的第五个基本原理描述---- 全同性原理: 全同粒子体系的状态不因粒子的交换而改变 全同粒子具有的性质: 任何可观测量,特别是Hamiltonian量,对于 任何两个粒子的交换是不变的,即交换对称 性。 例1 He原子中两个电子组成的体系 电子的Hamiltonian表达式 两电子动能 两电子与核库仑能 两电子相互作用能 当两个电子交换时,Hamiltonian不变。 设交换算符为P12, 例2 考虑N个全同粒子组成的多粒子体系, 其量子态用波函数 来描述。其中 表示第i个 粒子的全部坐标(空间和自旋)。 若Pij表示第i个粒子与第j个粒子的全部 坐标变换,即 根据全同性原理 但 而 所以 (想一想,为什么?) 全同粒子满足下列关系之一: (交换对称) (交换反对称) 结论: 对全同粒子波函数的一个很强的限制,即 全同粒子的波函数对两个粒子的交换要么是 对称的,要么是反对称的。这一点务必记住! ③全同粒子的本征态 对于全同粒子 比如对任意全同粒子系的波函数 ? 即在此情况下,我们推不出 或 满足交换 对称或反对称,则所有的 都是对易的。 试分析。 事实上,对全同粒子体系来说,所有的Pij 所处的地位应该是相同的。唯一可能的选 择是量子态是所有Pij的共同本征态。 仔细分析表明,这种共同本征态是存在的 ----完全对称波函数或完全反对称波函数。 既然所有Pij都是守恒量,所以其对称性不 随时间变化,即全同粒子的统计性质(Bose 或Fermi统计)是不变的。 ④全同粒子的分类 所有的基本粒子可分为两类: 玻色子和费米子 1)玻色子: 遵从Bose-Einstein统计的粒子。 波函数满足交换对称, 如π介子(s=0)、光子( s=1 )等。 2)费米子: 波函数对粒子的交换是反对称,遵从Fermi- Dirac统计的粒子。 3)复合粒子: 由基本粒子组成,视其总自旋而定。 奇数个费米子组成的粒子仍为费米子; 由偶数个费米子或玻色子组成的粒子均 为玻色子。 如电子、质子、中子等,s=1/2 如: 质量数 (核子数) 质子数 中子数 核子数为偶数,玻色子 核子数为奇数,费米子 一般粒子的标记: ⑤全同粒子波函数的构造方法 在忽略粒子间相互作用的情况下,完全对 称和反对称波函数可通过单粒子态基矢乘 积形式构造出来; 若有相互作用,则可按无相互作用基矢进 行展开。 2、两个全同粒子组成的体系 ①简介: 忽略相互作用,Hamiltonian可表为 故 则它们组成的双粒子态 对应的能量都是 -----能量交换简并 按照全同粒子波函数的特点 -
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