Next: Calcul numeric
Up: Dispozitivul Stern - Gerlach
Previous: Dispozitivul Stern - Gerlach
Cuprins
O particula cu spin 1/2 evolueaza intr-un camp magnetic cu gradient pe o
anumita directie (dispozitiv Stern-Gerlach) conform cu ecuatia Pauli - Schr
odinger:
 |
(7.2.1) |
Operatorul
energia
potentiala este:
 |
(7.2.2) |
unde:
 |
(7.2.3) |
este momentul magnetic al particulei. Expresia pentru
trebuie sa fie compatibila cu
ecuatiile Maxwell, dar daca campul magnetic prezinta o componenta uniforma
mult mai mare decat cea neuniforma se poate arata ca [9]
influenta componentei ne-uniforme transversale poate fi neglijata, astfel ca
se poate lucra cu expresia:
 |
(7.2.4) |
unde componenta uniforma
nu este esentiala, pentru ca se poate lucra
intr-o imagine de interactie. Ecuatia (7.2.1) devine:
 |
(7.2.5) |
unde se pot decupla cele doua componente spinoriale:
 |
(7.2.6) |
in doua ecuatii:
 |
(7.2.7) |
care se pot rezolva in reprezentarea impulsului
[109]:
![$\displaystyle \Psi _{\pm }(k,t)=\exp \{i\cdot [\frac{(\mu _0\cdot b)^2}{24\cdot...
...\cdot \hbar })^2]\}\cdot \Psi _{\pm }(k\mp \frac{\mu _0\cdot b\cdot t}\hbar ,0)$](img737.png) |
(7.2.8) |
 |
(7.2.9) |
In aceste ecuatii se poate efectua o a-dimensionalizare naturala.
Intr-adevar, marimea:
![$\displaystyle t_0=[\frac{2\cdot m\cdot \hbar }{(\mu _0\cdot b))^2}]^{\frac 13}$](img740.png) |
(7.2.10) |
are dimensiune de timp. Fie:
(7.2.7) si (7.2.9) devin:
 |
(7.2.13) |
 |
(7.2.14) |
Se aleg conditiile initiale astfel īncāt la momentul initial sa avem un puls
gaussian:
 |
(7.2.15) |
(7.2.14) devine:
 |
(7.2.16) |
care este un puls gaussian centrat in
. Aceste rezultate
corespund unei masuratori ideale cu dispozitivul Stern-Gerlach. Desigur,
prezenta altor factori, cum ar fi: limitarea spatiala a campului magnetic,
efectele de margine, delocalizarea pachetelor datorita propagarii libere,
fluctuatii termice ale marimilor macroscopice implicate duc la grade de
ne-idealitate ale masuratorii. Desi in manuale se argumenteaza ca practic
suprapunerea celor doua componente poate fi facuta oricat de mica, o serie
de lucrari arata ca factorii mentionati fac ca masuratoarea sa devina
non-exacta [9,53].
In continuare studiem efectul prezentei unui termen stochastic perturbator
in Hamiltonian:
 |
(7.2.17) |
Pentru operatorul
consideram expresia [20]:
unde
si
sunt
marimi constante care descriu oscilatorii ce alcatuiesc rezervorul termic.
Luand
, forma a-dimensionala a (7.2.17) este:
 |
(7.2.18) |
unde
sunt factori numerici care descriu distributia frecventelor
, iar
este un factor a-dimensional,
care va fi estimat mai tarziu. Operatorii campului actioneaza in spatiul
Hilbert al dispozitivului, iar ecuatia este subinteleasa in spatiul produs
tensorial; pentru a scrie ecuatia de evolutie pentru particula investigata,
trebuie sa luam urma in ecuatia von Neumann - Liouville peste spatiul
Hilbert al dispozitivului. Fie starea initiala a dispozitivului descrisa de
distributia canonica:
iar cea a particulei
. Intr-o imagine de interactie care
''ascunde'' evolutia ideala, ecuatia von Neumann - Liouville este:
![$\displaystyle \frac{\partial \hat{\rho}}{\partial \tau }=-\frac i\hbar \left[ \...
...ta }\otimes \hat{B}(\tau )) \widehat{U}_0\left( \tau \right) ,\hat{\rho}\right]$](img763.png) |
(7.2.19) |
Avand in vedere stationaritatea starii dispozitivului, putem scrie solutia (
7.2.19) ca:
in care
este operatorul de ordonare temporala, iar
este operatorul
in imaginea
de interactie. Avem de estimat o urma de tipul:
in care, daca aplicam formula Campbell-Baker-Hausdorf, obtinem:
 |
(7.2.20) |
Un calcul numeric arata ca la temperatura fixata, expresia de mai sus,
este foarte oscilanta, depinzand dramatic de valoarea lui
care
la randul sau depinde de un factor
Rezulta de aici faptul ca actiunea operatorilor de camp se poate
traduce numeric in aparitia unor numere aleatoare complexe, a caror
amplitudine o inglobam in factorii numerici
. Varianta adaptata numeric
pentru (7.2.18) devine:
 |
(7.2.21) |
unde
sunt numere aleatoare uniform distribuite in
iar
numere aleatoare distribuite dupa componenta
din (7.2.20). In reprezentarea pozitiei (7.2.21) devine:
 |
(7.2.22) |
Forma ideala a (7.2.22) (
) este transformata Fourier a
ecuatiei Airy. Daca
 |
(7.2.23) |
este functia Green a acestei ecuatii (
,
pentru asigurarea convergentei), i.e.:
 |
(7.2.24) |
se poate rezolva (7.2.22) folosind o metoda iterativa, cu conditia ca
sa fie suficient de mic:
 |
(7.2.25) |
 |
(7.2.26) |
Folosind (7.2.23) scriem solutia iterata:
 |
(7.2.27) |
Folosind solutia ideala (7.2.16) ca intrare in metoda iterativa se
poate obtine solutia (7.2.25).
Next: Calcul numeric
Up: Dispozitivul Stern - Gerlach
Previous: Dispozitivul Stern - Gerlach
Cuprins
root
2002-11-18