结构推理
(1)证明宇称算符与轨道角动量算符对易、球谐函数的宇称量子数是多少?(2)对于在态的一维谐振子证明:.
(3)考虑氢分子的转动.它的转动能级是什么?两个核子的全同如何改变能谱?在这些
能级中能发生什么类型的辐射跃迁?记住质子是Fermi子.(4)证明,式中n是
任意方向单位矢量,是Pauli自旋矩阵.
【正确答案】解(1)轨道角动量算符为
故而对任意波函数f (r)有
式中,P为宇称算符.于是P与L对易.
由于
所以的宇称量子数为.
(2)对于一维谐振子
利用
可得
所以
(3)由于转动Hamilton量为,所以氢分子转动能级为
式中,是分子绕垂直于两核联线的轴的转动惯量.K是角动量量子数,K=0,1,…。
相应的本征态为球谐函数。
由于质子自旋是,于是波函数对两个质子的交换反称,而在两个质子交换下,质心运动波函数及振动波函数不变,而转动波函数改变如下.
K为偶数时,自旋波函数必须反对称态,自旋单态;而当
K为奇数时,.于是,自旋波函数必须对称,自旋三重
态。前者称为仲氢,后者称为正氢。
由于正氢和仲氢之间不能相互转化,所以转动能级的跃迁有可能发生电四极跃迁.
(4)
【答案解析】