Perturbacija 1
Naloga
: Anharmonski oscilator v prvem približku opišemo s potencialom
.
Izračunaj popravke energij lastnih stanj v prvem redu perturbacije. Upoštevaj tudi popravke v drugem redu perturbacije za kubični člen v potencialu.
Rešitev:
Najprej zapišem lastne funkcije harmonskega oscilatorja v splošni obliki:
,
kjer so Hn Hermitovi polinomi, definirani z
.
Popravek energije v prvem redu perturbacije se izračuna po enačbi
.
Pri računanju integrala pa potrebujem še dve pravili za računanje s Hermitovimi polinomi:
Ko izračunam vse potrebne integrale, dobim rezultat:
,
Če vstavim v enačbo n=0, dobim rezultat
, kar se ujema z direktno izračunanim popravkom, ko že na začetku vstavim v integral samo ničto lastno funkcijo.
Ta popravek energije je prispevek člena z x4 v potencialu. Kubični člen v prvem redu perturbacije ne prispeva nič, zato grem računat še drugi red perturbacije, vendar samo za kubični člen v potencialu.
Popravek energije v drugem redu perturbacije je
, kjer je
.
je energija harmonskega oscilatorja
.
Najprej računam matrični element potenciala Vln. Ko lastne funkcije in potencial vstavim v enačbo, primerjam indekse pri Hermitovih polinomih in upoštevam njihovo ortogonalnost. Od nič različne člene za kubični člen v potencialu dobim pri pogojih l=n-3, l=n-1, l=n+1 in l=n+3. V vrsti za drugi popravek energije moram torej sešteti štiri člene.
Zapišimo zdaj te člene:
1.) pri l=n-3:
;
2.) pri l=n-1:
;
3.)pri l=n+1:
;
4.)pri l=n+3:
.
Zdaj samo še seštejem te člene in dobim končni rezultat za drugi popravek energije:
.
Celotna energija takega anharmonskega oscilatorja pa je v našem približku:
.