19050

Переходы под действием периодических возмущений. Резонансное приближение. Переходы в непрерывный спектр

Лекция

Физика

Лекция 32 Переходы под действием периодических возмущений. Резонансное приближение. Переходы в непрерывный спектр Рассмотрим теперь случай возмущений зависящих от времени периодически. Пусть на частицу находящуюся в стационарном состоянии с энергией действует

Русский

2013-07-11

1.21 MB

38 чел.

Лекция 32

Переходы под действием периодических возмущений. Резонансное приближение. Переходы в непрерывный спектр

Рассмотрим теперь случай возмущений, зависящих от времени периодически. Пусть на частицу, находящуюся в стационарном состоянии с энергией , действует малое периодическое возмущение

      (1)

где  - частота возмущения, причем возмущение действует в течение длительного времени , так что  (в противном случае бессмысленно говорить о периодичности возмущения, даже если оно описывается формулой (1). Докажем, что в первом порядке теории возмущений переходы с заметной вероятностью происходят только в такие состояния , энергия которых отличаются от энергии начального состояния на величину : .

Исходим из формулы теории нестационарных возмущений

   (2)

где  - матричный элемент оператора . Интеграл по времени вычисляется элементарно:

   (3)

Рассмотрим зависимость вероятности перехода (2), (3) от частоты возмущения  для больших значений времени действия возмущения . Как будет показано ниже, первое слагаемое в формуле (3) как функция частоты возмущения имеет узкий максимум при частоте , второе - при частоте . Или, другими словами, под действием периодического возмущения с частотой  в квантовой системе происходят переходы только в состояния  с энергией . Поэтому при анализе зависимости вероятности (2), (3) от частоты возмущения  достаточно рассмотреть только значения  и и ограничится в первом случае только первым слагаемым формулы (3), во втором - вторым. Отметим, что так как , первый случай отвечает переходам  в состояния  с энергией , большей энергии , второй – с меньшей. Итак, при  из (2), (3) имеем

 (4)

Рассмотрим зависимость вероятности перехода  (4) от частоты возмущения при больших значениях . Если , то  в (4) можно разложить в ряд и

     (5)

Если же , то  в (5) может для разных  принимать все значения от нуля до единицы и, следовательно,

   (6)

Таким образом, если частота возмущения  лежит в узком интервале частот  вблизи частоты, равной , то вероятность перехода , существенно превосходит вероятность этого перехода, происходящего под действием возмущения с частотой, вне этого интервала (причем этот интервал тем уже, чем больше время действия возмущения). Другими словами, при фиксированной частоте возмущения  квантовая система с подавляющей вероятностью совершает переходы только в такие состояния , энергии которых определяется соотношением , где  - энергия начального состояния. Аналогичное рассмотрение второго слагаемого в (3) приводит к возможности перехода в состояния  с энергиями . Переходы в состояния с другими энергиями под действием периодических возмущений маловероятны. При этом, если выполняются строгие равенства , вероятность перехода  при достаточно больших  может стать большой, и для ее вычисления теория возмущений может оказаться неприменимой.

В этом случае используют другое приближение, которое называют резонансным. Основная идея его заключается в том, что если частота возмущения близка к частоте перехода между двумя состояниями, то с подавляющей вероятностью переходы будут происходить только в одно состояние, а всеми остальными слагаемыми в разложении волновой функции системы по волновым функциям стационарных состояний можно пренебречь.

Итак, пусть

 

и  близко к  ( - частота перехода между двумя состояниями  и  в системе); пусть (для определенности) - чуть больше:

 

Величину  называют «отстройкой».

Если нет резонанса, используем теорию возмущений. Для состояний  и  справедливо стационарное уравнение Шредингера:

  (7)

(мы выбрали начало отсчета энергий посередине между энергиями состояний  и ). Будем искать решения уравнения

  (8)

в виде

 

(в этом и состоит резонансное приближение). Подставляя это выражение в уравнение (8) и оставляя только главные члены (зависимость которых от времени определяется малой частотой ), получим

 

 (9)

Делаем подстановку , получаем

 (10)

Исключаем из этих уравнений , получим:

  (11)

В качестве линейно независимых решений этих уравнений выбираем

 

 (12)

где  постоянные, и введены обозначения

 (13)

Таким образом, под влиянием возмущения функции  и  переходят в функции  с коэффициентами (12), (13). Из этих формул следует, что если в начальный момент система находилась в состоянии , то коэффициент при  в последующем равен

    (14)

Из формулы (14) следует, что система периодически (с периодом ) переходит из одного состояния в другое и обратно. Частота  называется частотой Раби.

Рассмотрим теперь переходы под действием периодического возмущения из стационарных состояний дискретного в состояния непрерывного спектра (например, ионизация атома, когда электрон из связанного состояния переходит в непрерывный спектр). Возмущение запишем как (здесь явно учтена эрмитовость возмущения)

  (15)

Так как спектр непрерывен, то всегда найдется энергия, в точности удовлетворяющая условию

  (16)

и, следовательно, переход всегда будет. В выражении для  оставляем только:

  (17)

Вероятность перехода за время  равна:

  (18)

Вводим . Тогда:

  (19)

Мы интересуемся вероятностью ионизации за время, много большее периода собственных колебаний системы. Рассмотрим . 

  (20)

Поэтому

  (21)

Вероятность перехода в единицу времени есть

  (22)

4


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73397. Differences in the articulation basis of English, Russian and Kazakh 157.01 KB
  Human speech is the result of highly complicated series of events. The formation of the concept takes place at the linguistic level that is in the brain of the speaker: this stage may be called psychological. The message formed within the brain is transmitted along the nervous system to the speech organs.
73398. Дослідження гетеро структури GaAs, AlGaAs, їх фізико-хімічні та оптичні параметри 800.6 KB
  Концентрація домішок у шарі може бути вище, ніж у підкладці, що забезпечує можливість одержання багатоомних шарів на низькоомних підкладках. Для проведення епітаксіального нарощування необхідно створити умови для конденсації атомів речовини, що осаджується, на поверхні підкладки.
73399. Організація радіаційного контролю виробничого персоналу на хлібопекарського виробництва у надзвичайних ситуаціях 96 KB
  Основними джерелами опромінення населення України як і в інших країнах світу є техногеннопідсилені діяльністю людини природні джерела. Середньорічна ефективна доза опромінення населення цими джерелами в Україні становить понад 6 мЗв.
73400. Информационно-коммуникативные технологии как средство расширения потенциального словаря учащихся на старшем этапе обучения в школе 118.41 KB
  Информационно-коммуникативные технологии как средство расширения потенциального словаря учащихся на уроках английского языка на старшем этапе обучения в школе. Повышение эффективности обучения школьников является одной из важнейших задач в методике преподавания...
73402. Шарж и пародия в прозе Саши Черного для детей 85.18 KB
  Томаса Манна справедливо называют мастером интеллектуальной прозы. Романы Манна продолжают заданную в мировой литературе традицию философского полифонического романа. Своими литературными учителями Томас Манн называет обожаемого и высоко оцениваемого им Гёте...
73403. Конфликт в организации: содержание и технология разрешения 219.18 KB
  Руководителям в своей работе приходится часто сталкиваться с конфликтами что ставит их перед необходимостью овладеть умениями и навыками управленческого воздействия на конфликты в организации.
73404. Методика пошуку і усунення пошкождень LCD-телевізора 491.34 KB
  Один з них створив на базі рідких кристалів термодатчик використовуючи їх виборчий відбивний ефект інший вивчав вплив електричного поля на нематичні кристали. Коли були вивчені рідкі речовини довгі молекули яких чутливі до електростатичного та електромагнітного поля...
73405. Анализ и учет себестоимости продукции виноделия на примере АФКСП “Дружба народов” Красногвардейского района АР Крым 468.5 KB
  Закладка новых виноградных насаждений и увеличение валового сбора за счет этого а затем наращивание объёмов производства конечной продукции должны регламентироваться исключительно спросом на продукцию отрасли и систематически отслеживаться созданными на предприятии спецслужбами маркетинга.