Das Wasserstoffatom (relativistsich): Unterschied zwischen den Versionen

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:<math>\left[ \hbar Q,H \right]=0</math>
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.
. Somit existieren gemeinsame Eigenzustände zu <math>H</math>
Somit existieren gemeinsame Eigenzustände zu <math>H</math>


und <math>\hbar Q</math>
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Weil <math>{{e}^{+\rho }}</math>
Weil <math>{{e}^{+\rho }}</math>


divergiert !
divergiert!


:<math>\begin{align}
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Es existieren nichttriviale Lösungen <math>{{f}_{0}},{{g}_{0}}</math>
Es existieren nichttriviale Lösungen <math>{{f}_{0}},{{g}_{0}}</math>
 
,
, falls <math>\left( \lambda +q \right)\left( \lambda -q \right)+{{\gamma }^{2}}={{\lambda }^{2}}-{{q}^{2}}+{{\gamma }^{2}}=0</math>
falls <math>\left( \lambda +q \right)\left( \lambda -q \right)+{{\gamma }^{2}}={{\lambda }^{2}}-{{q}^{2}}+{{\gamma }^{2}}=0</math>


Also <math>\lambda =\pm \sqrt{{{q}^{2}}-{{\gamma }^{2}}}>0</math>
Also <math>\lambda =\pm \sqrt{{{q}^{2}}-{{\gamma }^{2}}}>0</math>
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\end{align}</math>
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k=0,1,2,....  Rekursionsformel !!
k=0,1,2,....  Rekursionsformel!!


:<math>\begin{align}
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exponentiell für <math>\rho \to \infty \Rightarrow F(\rho ),G(\rho )\tilde{\ }{{e}^{\rho }}</math>
exponentiell für <math>\rho \to \infty \Rightarrow F(\rho ),G(\rho )\tilde{\ }{{e}^{\rho }}</math>


Dies ist jedoch ein Widerspruch zu den gesetzten Randbedingungen !
Dies ist jedoch ein Widerspruch zu den gesetzten Randbedingungen!


Also muss es einen Abbruch bei <math>k=n\acute{\ }\in N</math>
Also muss es einen Abbruch bei <math>k=n\acute{\ }\in N</math>
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entwickelt man die Energieeigenwerte nach der Feinstrukturkonstanten bis <math>O\left( {{\gamma }^{4}} \right)</math>
entwickelt man die Energieeigenwerte nach der Feinstrukturkonstanten bis <math>O\left( {{\gamma }^{4}} \right)</math>
 
,
, so folgt:
so folgt:


:<math>E={{m}_{0}}{{c}^{2}}\left[ 1-\frac{1}{2}{{\left( \frac{\gamma }{\lambda +n\acute{\ }} \right)}^{2}}+\frac{3}{8}{{\left( \frac{\gamma }{\lambda +n\acute{\ }} \right)}^{4}}+O\left( {{\gamma }^{6}} \right) \right]</math>
:<math>E={{m}_{0}}{{c}^{2}}\left[ 1-\frac{1}{2}{{\left( \frac{\gamma }{\lambda +n\acute{\ }} \right)}^{2}}+\frac{3}{8}{{\left( \frac{\gamma }{\lambda +n\acute{\ }} \right)}^{4}}+O\left( {{\gamma }^{6}} \right) \right]</math>
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\end{align}</math>
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Setzt man dies in die exakten Energieeigenwerte E ein , so folgt:
Setzt man dies in die exakten Energieeigenwerte E ein, so folgt:
:<math>\begin{align}
:<math>\begin{align}
& E={{m}_{0}}{{c}^{2}}\left[ 1-\left( \frac{{{\gamma }^{2}}}{2{{n}^{2}}} \right)-\left( \frac{{{\gamma }^{4}}}{2{{n}^{3}}} \right)\left( \frac{1}{j+\frac{1}{2}}-\frac{3}{4n} \right)+O\left( {{\gamma }^{6}} \right) \right] \\
& E={{m}_{0}}{{c}^{2}}\left[ 1-\left( \frac{{{\gamma }^{2}}}{2{{n}^{2}}} \right)-\left( \frac{{{\gamma }^{4}}}{2{{n}^{3}}} \right)\left( \frac{1}{j+\frac{1}{2}}-\frac{3}{4n} \right)+O\left( {{\gamma }^{6}} \right) \right] \\
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Dabei bleibt die Freiheit der Ausrichtung der Achse des magnetischen Moments, also die <math>2(2j+1)</math>
Dabei bleibt die Freiheit der Ausrichtung der Achse des magnetischen Moments, also die <math>2(2j+1)</math>
- fache <math>{{m}_{j}}</math>
- fache <math>{{m}_{j}}</math>
- Entartung+ Parität !
- Entartung+ Parität!
====Spektroskopische Beziehung der Feinstrukturterme: <math>n{{l}_{j}}</math>====
====Spektroskopische Beziehung der Feinstrukturterme: <math>n{{l}_{j}}</math>====
:<math>n=1:\quad j=\frac{1}{2}:\ 1{{s}_{\frac{1}{2}}}</math>
:<math>n=1:\quad j=\frac{1}{2}:\ 1{{s}_{\frac{1}{2}}}</math>
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\end{array}</math>
\end{array}</math>


n´=0
n´=0.
..
.

Aktuelle Version vom 13. September 2010, 00:35 Uhr




In einem rotationssymmetrischen Potenzial haben wir als Dirac- Hamiltonian:

Dabei sind

hermitesche Operatoren

Man kann den Hamilton- Operator schreiben als:

Beweis:

Es gilt weiter:

.

Somit existieren gemeinsame Eigenzustände zu 

und

Eigenwerte von

Somit:

Schließlich also

Die Eigenwerte von

sind jedoch bekannt, nämlich

mit

Somit:

Es bleibt das radiale Eigenwertproblem für

Geeignete Darstellung für

Für

kann dies durch die Darstellung

mit

erfüllt werden:

Es gilt:

Also

Ansatz für den Radialanteil

Eingesetzt in die Eigenwertgleichung für H:

folgt:

Also:

Skalentransformation:

Führt man des weiteren ein:

Also einen skalierten Radius und die Feinstrukturkonstante,

wodurch sich auch das Potenzial vereinfacht zu:

Randbedingung:

regulär bei

für

Betrachte

also gebundene Zustände

Asymptotisches Verhalten:

Weil

divergiert!

Ansatz:

Es existieren nichttriviale Lösungen ,

falls 

Also

und regulär bei

Ansatz:

Die Lösung erfolgt über einen Potenzreihenansatz:

usw... wird dies ebenfalls für

aufgestellt

Koeffizientenvergleich liefert:

bis auf Normfaktor

k=0,1,2,.... Rekursionsformel!!

Verhalten für große k:

Dies kann man einsetzen in

und es folgt:

Falls die Potenzreihen

nicht abbrechen, so divergiert

exponentiell für

Dies ist jedoch ein Widerspruch zu den gesetzten Randbedingungen!

Also muss es einen Abbruch bei

geben:

Setzt man dies in die Rekursionsformel ein, so folgt:

Diese beiden Gleichungen stimmen jedoch für alle f,g überein, da

Setzt man

in

ein, so folgt mit

Weiter gilt:

Löst man dies nach den exakten Energieeigenwerten, die sich damit ergeben, also nach E auf, so erhält man die Feinstrukturformel:

Mit der Feinstrukturkonstanten

entwickelt man die Energieeigenwerte nach der Feinstrukturkonstanten bis ,

so folgt:

mit

Setzt man dies in die exakten Energieeigenwerte E ein, so folgt:

Diskussion

Ruheenergie

nicht relativistisches, entartetes Energiespektrum

Feinstruktur- Aufspaltung. Eine Aufhebung der j-Entartung durch Spin- Bahn- Kopplung. Dabei bleibt die Freiheit der Ausrichtung der Achse des magnetischen Moments, also die - fache - Entartung+ Parität!

Spektroskopische Beziehung der Feinstrukturterme:

n´=0. .