Wigner D-matriisi

$D$ Wigner-matriisi on SU(2) - ja SO(3) -ryhmien pelkistymättömän esityksen matriisi . Matriisin kompleksinen konjugaatio on pallomaisten ja symmetristen jäykkien rotaattorien Hamiltonin ominaisfunktio . Matriisin esitteli vuonna 1927 Eugene Wigner . $D$

Wigner D -matriisin määritelmä

Olkoon , , Lie -algebroiden ja . Kvanttimekaniikassa nämä kolme operaattoria ovat komponentteja vektorioperaattorista, joka tunnetaan nimellä kulmamomentti . Esimerkkejä ovat elektronin liikemäärä atomissa, elektronin spin ja jäykän rotaattorin kulmamomentti . Kaikissa tapauksissa kolme operaattoria täyttävät seuraavat kommutointisuhteet $J_{x}$ $J_{y}$ $J_{z}$ ${\mathrm {SU}}(2)$ ${\mathrm {SO}}(3)$

[J_{x},\;J_{y}]=iJ_{z},\quad [J_{z},\;J_{x}]=iJ_{y},\quad [J_{y} ,\;J_{z}]=iJ_{x},

jossa on puhtaasti imaginaariluku ja Planckin vakio on asetettu yhtä suureksi kuin yksi. Operaattori $i$ $\hbar$

{\displaystyle J^{2}=J_{x}^{2}+J_{y}^{2}+J_{z}^{2))

on Casimir-operaattori ( tai tapauksesta riippuen). Se voidaan diagonalisoida yhdessä kanssa (Tämän operaattorin valinta määräytyy sopimuksella), joka työntää kanssa . Eli voidaan osoittaa, että on olemassa täydellinen sarja ketsejä ${\mathrm {SU}}(2)$ ${\mathrm {SO}}(3)$ $J_{z}$ $J^{2}$

J^{2}|jm\rangle =j(j+1)|jm\rangle ,\quad J_{z}|jm\rangle =m|jm\rangle ,

missä ja . Sillä kvanttiluku on kokonaisluku. $j=0,\ 1/2,\ 1,\ 3/2,\ 2,\ \ldots$ $m=-j,\ -j+1,\ldots ,\ j$ ${\mathrm {SO}}(3)$ $j$

Kiertooperaattori voidaan kirjoittaa muodossa

{\mathcal {R}}(\alpha ,\;\beta ,\;\gamma )=e^{-i\gamma J_{z}}e^{-i\beta J_{y}}e ^{-i\alpha J_{z}},

missä ovat Eulerin kulmat . $\alpha ,\ \beta ,\ \gamma$

$D$ -Wigner-matriisi on neliömatriisi, jossa on yhteinen elementti $2j+1$

D_{m'm}^{j}(\alpha ,\;\beta ,\;\gamma )\equiv \langle jm'|{\mathcal {R))(\alpha ,\beta ,\gamma )|jm\rangle =e^{-im'\gamma }d_{m'm}^{j}(\beta )e^{-im\alpha }.

Matriisi yhteisellä elementillä

d_{m'm}^{j}(\beta )=\langle jm'|e^{-i\beta J_{y}}|jm\rangle

tunnetaan pienenä Wigner-matriisina. $d$

Luettelo d -matriisielementeistä

varten $j=1/2$

$d_{1/2,\;1/2}^{1/2}=\cos(\theta /2)$
$d_{1/2,\;-1/2}^{1/2}=-\sin(\theta /2)$

varten $j = 1$

$d_{1,\;1}^{1}={\frac {1+\cos \theta }{2))$
${\displaystyle d_{1,\;0}^{1}={\frac {-\sin \theta }{\sqrt {2))))$
$d_{1,\;-1}^{1}={\frac {1-\cos \theta }{2))$
$d_{0,\;0}^{1}=\cos \theta$

varten $j=3/2$

$d_{3/2,\;3/2}^{3/2}={\frac {1+\cos \theta }{2))\cos {\frac {\theta }{2))$
$d_{3/2,\;1/2}^{3/2}=-{\sqrt {3}}{\frac {1+\cos \theta }{2}}\sin {\frac {\theta }{2))$
$d_{3/2,\;-1/2}^{3/2}={\sqrt {3}}{\frac {1-\cos \theta }{2}}\cos {\frac {\theta }{2))$
$d_{3/2,\;-3/2}^{3/2}=-{\frac {1-\cos \theta }{2))\sin {\frac {\theta }{2 }}$
$d_{1/2,\;1/2}^{3/2}={\frac {3\cos \theta -1}{2))\cos {\frac {\theta }{2} }$
$d_{1/2,\;-1/2}^{3/2}=-{\frac {3\cos \theta +1}{2))\sin {\frac {\theta }{ 2}}$

varten [1] $j=2$

$d_{2,\;2}^{2}={\frac {1}{4}}\left(1+\cos \theta \right)^{2}$
$d_{2,\;1}^{2}=-{\frac {1}{2}}\sin \theta \left(1+\cos \theta \right)$
$d_{2,\;0}^{2}={\sqrt {\frac {3}{8))}\sin ^{2}\theta$
$d_{2,\;-1}^{2}=-{\frac {1}{2}}\sin \theta \left(1-\cos \theta \right)$
$d_{2,\;-2}^{2}={\frac {1}{4}}\left(1-\cos \theta \right)^{2}$
$d_{1,\;1}^{2}={\frac {1}{2}}\left(2\cos ^{2}\theta +\cos \theta -1\right)$
$d_{1,\;0}^{2}=-{\sqrt {\frac {3}{8))}\sin 2\theta$
$d_{1,\;-1}^{2}={\frac {1}{2}}\left(-2\cos ^{2}\theta +\cos \theta +1\oikea)$
$d_{0,\;0}^{2}={\frac {1}{2}}\left(3\cos ^{2}\theta -1\oikea)$

Wigner-matriisin elementit käänteisin alaindeksin kanssa löydetään seuraavasta suhteesta: $d$

d_{m',\;m}^{j}=(-1)^{mm'}d_{m,\;m'}^{j}=d_{-m,\;-m' }^{j}

Katso myös

Clebsch-Gordan kertoimet

Muistiinpanot

↑ Edén, M. Tietokonesimulaatiot solid-state NMR:ssä. I. Spin dynamiikkateoria (englanniksi) // Concepts Magn. Reson. : päiväkirja. - 2003. - Voi. 17A , no. 1 . - s. 117-154 . - doi : 10.1002/cmr.a.10061 .