结构推理 忽略电子自旋,将氦原子中两个电子相对于核的位置记为,它们的Hamilton量可以写成 (1)证明一个电子在类氢原子基态,另一个在第一激发态时,存在8个是的本 征函数的轨道波函数.(2)用对称性的考虑,证明V在这8个态中的所有矩阵元可以用它们 中的四个来表示(提示用正比于的球谐函数的线性组合也许是有帮助的).(3)证明如果用的8个本征函数的线性组合作为试探函数,变分原理会给出决定8个激发态能级的行列式方程.用V的四个独立的矩阵元表示出能级分裂.(4)讨论由于Pauli不相容原理,能级的简并情况.
【正确答案】解类氢原子的本征函数记为 则8个的本征函数可选为 其中,下标1,2分别标记两个电子.这态相应的能量为 是核电荷为2的类氢原子基态和第一激发态的能量之和. 现把电子间的相互作用 当作微扰项.则需要计算的矩阵元为 考虑到具有转动不变性并且对两个电子是对称的,而又是空间转动的本征态,于是有下列矩阵元 这样可以算出 由于我们一开始是按关于电子的交换对称性组合波函数的,所以,我们看到微扰矩阵是对角的.于是,我们得到四条分裂的能级.第一条能级的能量是;该能级对应的态是。 第二条能级的能量是;该能级对应的态是. 第三条能级的能量是;该能级对应的态是. 第四条能级的能量是;该能级对应的态是. 其中,和各是三重简并的。 考虑到Pauli原理,则要加上自旋波函数.不管轨道-自旋耦合,则总自旋波函数为 反对称,单态. 对称,三重态. 由于电子总的波函数必须是对电子的交换是反对称的,我们必须作如下组合 于是得各能级的简并度如下
【答案解析】