Файл: Айзенберг И. Механизмы возбуждения ядра. Электромагнитное и слабое взаимодействия.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 163
Скачиваний: 0
где е — заряд рассматриваемой частицы со спином 1/2, А^ — (A, iqp)—4-по- тенциал. Уравнение Дирака тогда примет вид
|
д |
і е |
\ |
тс |
|
|
(ПБ.54) |
|
Тіv { дх„ |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
Если мы рассматриваем |
электрон |
или |
мюон, |
движущийся в |
статиче |
||
ском центральном кулоновском поле ядра, то А^ = |
(А = |
0, іф (г)). |
В этом |
||||
случае мы получаем уравнение Дирака для стационарных |
состояний |
|
|||||
Яг|)(г) = |
|
е |
|
тс |
|
£ ^ ( г ) . |
(ПБ.55) |
-і а - V J + - ^ < р ( г ) + р |
-j- г|)(г) = |
Можно переписать уравнение (ПБ.55) с учетом свойств симметрии централь
ного потенциала. Для этого воспользуемся |
векторным |
тождеством |
|
||||
V = г (г • V ) — ? X (г |
X V ) = г ( г -V) — і r _ 1 |
f X L , |
(ПБ.56) |
||||
где L = — іг X V. Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
~ |
д |
— 1 г |
- і |
~ |
|
(ПБ.57) |
|
а • V = а - г |
дг |
|
а • г X L . |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
Применяя хорошо известные результаты |
для матриц Паули, можно |
устано |
|||||
вить, для матрицы |
4 X 4 (ПБ.29), что |
|
|
|
|
||
|
о • A a B = |
A B |
+ i a (А X В). |
|
(ПБ.58) |
||
Подставив А = г , |
B = L , получим |
|
|
|
|
|
|
|
о • г о • L = io •( г X L ) . |
|
(ПБ.59) |
Замечая далее, что в соответствии с (ПБ.28)
имеем |
« = — Ye «. |
|
(ПБ.60) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
а • г о • L = |
ій • ( г X |
L ) . |
(ПБ.6І) |
||
Таким |
образом, соотношение (ПБ.57) |
|
принимает вид |
|
||
|
a-V = a-r |
д |
|
— г 1 » . |
L |
(ПБ.62) |
Введем |
оператор |
дг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
/C = P ( o . L * l ) , |
|
(ПБ.63) |
1
который коммутирует с 3, a - V, J = L - ) — g - о и центральным потенциалом
<р (г). Тогда уравнение Дирака можно записать в виде
+ Р ^ ] ^ ( г ) = £ ф ( г ) . |
(ПБ.64) |
Поскольку J2 , J3 и К коммутируют с Я и друг с другом, то удобно использо
вать представление, в котором эти три оператора диагональны. Радиальные функции, получающиеся из решения уравнения (ПБ.64), кратко обсужда ются в § 5.6 для несвязанного электрона и в § 8.1 для связанного мюона.
П Р И Л О Ж Е Н ИЕ В
МАТРИЦЫ ПЛОТНОСТИ
Здесь мы очень кратко рассмотрим формализм матрицы плотности, кото рый особенно полезен при обсуждении систем, описываемых некогерентными суперпозициями различных состояний. Этот формализм очень широко ис пользуется при рассмотрении проблем, касающихся поляризованных пучков или мишеней. Более подробные обсуждения можно найти в обзорных статьях Фано [125], Тер-Хаара [330] и в книге Хуанга [199].
§ ПВ. 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ И ОБЩИЕ СВОЙСТВА
Для системы, описываемой некогерентной суперпозицией квантовых со стояний |ф,->, оператор плотности определяется соотношением
р=2|1)зг>Сг <ФН. (ПВ.Іа)
і
где действительные Cj — статистические веса состояний [яр;) системы, и
|
|
|
2 C j |
= |
l . |
|
(ПВ.16) |
|
|
|
|
і |
|
|
|
|
|
Для «чистого» случая, в котором система |
представлена |
определенным |
кван |
|||||
товым |
состоянием |
|ч>ь.>, СІ = |
б; й . |
Непосредственно |
из формул |
(ПВ.1) |
||
можно |
установить, |
что |
|
|
|
|
|
|
|
|
р — эрмитова матрица, т. е. р = |
р + , |
|
(ПВ.2) |
|||
|
|
|
Spp = |
l , |
|
|
(ПВ.З) |
|
|
|
|
Р п > 0 , |
|
|
(ПВ.4) |
||
|
|
|
S p p 2 < l . |
|
|
(ПВ.5) |
||
Среднее |
значение оператора Q дается |
формулой |
|
|
|
|||
|
|
«3> = |
Sp(Qp) = |
Sp(pQ). |
|
|
(ПВ.6) |
|
Последнее свойство может быть взято вместо формул |
(ПВ.1) для определения |
матрицы плотности. Оно иллюстрирует полезность концепции матрицы плот ности, так как шпур оператора не зависит от представления, и, таким обра зом, все необходимые физические величины могут быть вычислены в любом удобном представлении. В частности, представление (ПВ.1), в котором р
диагональна, не является обязательным.
Изменение р во времени описывается уравнением |
движения |
^Г = Т Г Р ' Я ] ' |
(ПВ.7) |
где Н— гамильтониан системы. Уравнение (ПВ.7) является аналогом урав нения непрерывности для плотности в. фазовом пространстве в классической статистической механике.
§ПВ. 2. ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ МАТРИЦА ПЛОТНОСТИ
В§ 4.5 мы рассматривали поляризационные эффекты при рассеянии фото нов на ядрах. Чтобы получить матрицу плотности поляризационных состоя ний фотона, введенную в формулах (4.109)—(4.114), заметим, что ввиду попе речного характера электромагнитного поля излучения существуют два по ляризационных состояния. Ими могут быть состояния левой и правой круговой
поляризации или два ортогональных состояния линейной поляризации и т. Д- В любом случае чистое состояние может быть описано комплексным единич ным вектором
s = Ci Єі-ф-Co е 2 + с 3 е 3 . (ПВ.8)
Если выбрать систему координат, в которой ось z направлена вдоль направле ния распространения волны к, то с 3 = 0, и в системе сферического базиса <2.39)
« = — ( c - i S i + c,g - i) . |
(ПВ.9) |
Матрицей плотности является матрица 2 x 2
• S ) ( E * • Sv ) = ( - |
(ПВ.Юа) |
или |
|
|
(ПВ.Юб) |
Она определяется двумя действительными параметрами, а именно отноше нием абсолютных значений сх и с _ х и относительными фазами величин сх
И С _ І -
Удобно ввести действительный трехмерный единичный вектор, компонен ты которого имеют вид
Рі = |
о - і , і ф о - - ц , Р 2 = і |
|
о--п). |
ЛІ = °"ІІ—о-_і-і. |
(ПВ 11) |
|||
Этот вектор |
называется вектором |
Пуанкаре, |
и с его помощью матрица плот |
|||||
ности может быть записана в виде |
|
|
|
|
||||
|
|
|
с = - ^ - ( 1 + Р . о ) . |
|
(ПВ.12) |
|||
где с обозначает |
три матрицы |
Паули. Формула |
(ПВ.12) сохраняется также |
|||||
и для частично поляризованных |
фотонов, |
но в этом случае Р больше не яв |
||||||
ляется единичным |
вектором. Его модуль |
s = |
|Р[ |
есть степень |
поляризации. |
|||
Формула (ПВ.10) |
заменяется следующей: |
|
|
|
|
|||
|
|
CTuv=4" ( 1 |
- s ) 6 j i v + S t - I > . , |
l c - | i c C |
( П В Л З ) |
|||
Разложение |
матрицы плотности на неприводимые |
части может |
быть теперь |
|||||
выполнено так же, как и в (4.113). |
|
|
|
|
ЛИТЕРАТУРА
1.Acker Н. L . , Marchall H. Phys. Lett., 1965, v. 19, p. 127.
2.Acker H. L . , Backenstoss G., Daum C , Sens J . C , de Wit S. A. Nucl. Phys.,
|
1966, |
v. |
87, p. |
1. |
|
3. |
Acker |
H. L . Nucl. |
Phys., 1966, v. 87, p. 153. |
||
4. |
Acker |
H. L . , Rose |
M. E . Ann. Phys. (New York), 1967, v. 44, p. 336. |
||
5. |
Adler |
S. |
L . Phys. |
Rev. Lett., 1965, v. 14, |
p. 1051. |
6. |
Adler |
S. |
L . Phys. |
Rev., 1965, v. 139, p. |
B1638. |
7.Akhiezer A., Berestetski V. B. Quantum Electrodynamics. Second Edition, New York, Wiley, 1963. (См. на русском языке: Ахиезер А. И., Берестец-
кий В. Б. Квантовая электродинамика. Изд. 3. М., «Наука», 1969.) •8. Alder К., Bohr A., Huus Т., Mottelson В., Winther A. Rev. Mod. Phys.,
1956, v. 28, p. 432; 1958, v. 30, p. 353.
9.Alder K-, Winther A. Kgl. Danske Videnskab. Selskab, Mat.-Fys. Medd., 1956, v. 31, No. 1.
10. Alder K., Schucan Т. H. Nucl. Phys., 1963, v. 42, p. 498.
11.Alder K., Winther A. Coulomb Excitation. New York, Academic Press, 1966.
12.Anderson D. K., Eisenberg J . M. Phys. Lett., 1966, v. 22, p. 164.
13. |
Arenhovel |
H . , Danos M., |
Greiner |
W. Phys. |
Rev., 1967, |
v. 157, p. 1109. |
|
14. |
Arenhovel |
H . , Hayward E . Phys. |
Rev., |
1968, |
v. 165, p. |
1170. |
|
15. |
Arenhovel |
H. Phys. Rev. |
1968, v. |
171, |
p. |
1212. |
|
16.Arenhovel H., Greiner W. Progr. Nucl. Phys., 1969, v. 10, p. 167.
17.Astbury A. e. a. Nuovo Cimento, 1964, v. 33, p. 1020.
18. |
Baldwin G. C , |
Klaiber G. S. Phys. |
Rev., 1947, v. 71, p. 3. |
||
19. |
Baldwin G. C , |
Klaiber G. S. Phys. |
Rev., |
1948, |
v. 73, p. 1156. |
•20. |
Barber W. C. Ann. Rev. Nucl. Sci., |
1962, |
v. 12, |
p. 1. |
21.Bander M., Itzykson C. Rev. Mod. Phys., 1966, v. 38, p. 330, 346.
22.Bardin Т. T. e. a. Phys. Rev. Lett., 1966, v. 16, p. 718.
23.Backenstoss G. e. a. Phys. Lett., 1967, v. 25B, p. 365.
24.Backe H. e. a. In «Hyperfine Structure and Nuclear Radiations*. Amster
dam, • North-Holland, 1968, p. |
65. |
25. Banner M., Cronin J . W., Liu J . |
K., Pilcher J . E . Phys. Rev. Lett., 1968, |
v.21, p. 1107.
26.Baader R. e. a. Phys. Lett.,' 1968, v. 27B, p. 425.
27.Baader R. e. a. Phys. Lett., 1968, v. 27B, 428.
28. |
Bernardini M., Brovetto P., |
Ferroni |
S. Nuovo Cimento, 1957, |
v. 5, p. 1292. |
29. |
Bernstein J . , Lee T.D., Yang C. N., |
Primakoff H. Phys. Rev., |
1958, v. I l l , |
|
|
p. 313. |
|
|
|
30. |
Bethe H. A. Intermediate |
Quantum Mechanics. New York, Benjamin, |
1964. (См. на русском языке: Бете Г. Квантовая механика. М., «Мир», 1965.)
31.Bellicard J . В., Bounin P., Frosch R. F . , Hofstadter R., McCarthy J . S., Uhrhane F. J . , Yearian M. R., Clark В. C , Herman R., Ravenhall D. G. Phys. Rev. Lett., 1967, v. 19, p. 527.