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¿Por qué esta condición garantiza que existe solamente un número finito de niveles discretos de energía?

Estoy leyendo la sección 2.2.1 del libro Solitones, Instantons y Twistors por Maciej Dunajski. La sección es sobre el tema de la directa de la dispersión.

Se afirma que, teniendo en cuenta la ecuación de Schrödinger con la clase de los potenciales de $u(x)$ tal que $|u(x)|\rightarrow 0$$x\rightarrow \pm\infty$, la integral de la condición

$$\int_{\mathbb{R}} \left(1+|x|\right) \left|u(x)\right| dx<\infty$$

garantiza que sólo existe un número finito de niveles de energía discretos.

Estoy fallando a entender en qué forma esta condición garantiza esto. Ayuda es muy apreciada.

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Thomas T Puntos 11

Se desprende de Bargmann límite. El Bargmann obligado es bien conocido por una de tres dimensiones central de potencial [1, Thm. XIII.9] [2,3]: $$ N(\ell) < \frac{1}{2\ell + 1} \int_0^\infty r V^-(r) dr $$ Aquí, $\ell$ es el número cuántico azimutal, $N(\ell)$ el número de obligado autoestados con este número cuántico y $V^-(r) = \max\{0,-V(r)\}$.


Con un truco, podemos aplicar esto a un potencial unidimensional [2, Sección III] [1, Problema XIII.22]. El truco es que el 1D ecuación de Schrödinger $$ (-\partial_x^2 + u) \psi(x) = E\psi(x) $$ es igual a la $\ell=0$ radial de la ecuación de Schrödinger $$ (-\partial_r^2 + V(r)) \psi_{rad}(r) = E\psi_{rad}(r) $$ excepto para el $\psi_{rad}(0) = 0$ condiciones de frontera.

También, debemos saber que la cantidad de energía negativa enlazados a los estados es igual al número de nodos de la energía cero de la función de onda, y lo mismo es en el 3D caso para el número de nodos de la cero-energía radial de la función de onda. Larga historia corta, tenemos que contar los nodos de la solución a $$ (-\partial_x^2 + u) \psi(x) = 0 . $$ Y lo podemos hacer por dividir el problema en dos partes que se parecen a contar la energía negativa enlazados a los estados de 3D radial problemas. Esto se explica en detalle en [2, Sección III], el resultado es que $$ \boxed{N < 1 + \int_{-\infty}^\infty |x| u^-(x) dx } $$ en la 1D-caso.


Por último, aplicar esto a su caso. Tenga en cuenta que$0 \leq |x| \leq |x|+1$$0 \leq u^-(x) \leq |u(x)|$. Por lo tanto, $$ N < 1 + \int_{-\infty}^\infty (1 + |x|)\, |u(x)|\; dx < \infty , $$ hay un número finito de obligado autoestados.


[1] M. Reed, B. Simon: Métodos de la Moderna Física Matemática 4: Análisis de los Operadores.
[2] K. Chadan, N. N. Khuri, A. Martín, T. T. Wu: Enlazados a los Estados en una y dos Dimensiones Espaciales (arXiv:matemáticas-ph/0208011)
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Bargmann%27s_limit

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