Confusión en un truco para resolver una función propia de energía

Dada una función propia de energía no relativista para un potencial central | Φ

Al resolver el átomo de hidrógeno relativista, uno de los términos es

(1) Φ | mi 2 r | Φ

He leído un truco para solucionarlo es:

(2) Φ | mi 2 r | Φ = Φ | mi 2 mi [ PAGS ^ 2 2 metro mi 2 r ] | Φ = Φ | mi 2 mi [ H ^ | Φ ]

y da el valor correcto

(3) metro mi 4 2 norte 2 .

Para entender este truco, probé esto en otro término:

(4) Φ | mi 4 r 2 | Φ = Φ | mi 2 r mi 2 r | Φ = Φ | mi 2 4 [ mi ( PAGS 2 2 metro mi 2 r ) ] 2 | Φ ,
asumiendo ( mi H ^ ) = mi H ^ .

entonces esto es igual

(5) mi 2 mi ( PAGS ^ 2 2 metro mi 2 r ) Φ | | mi 2 mi ( PAGS ^ 2 2 metro mi 2 r ) Φ = ( metro mi 4 2 norte 2 ) 2 .
Sin embargo, dado que se supone que este mismo término nos dice cómo el efecto relativista destruye la simetría, mientras que este resultado no nos da ruptura de degeneraciones. Resulta que la respuesta correcta para este término es
(6) metro 2 mi 4 ( + 1 / 2 ) 4 norte 3 .

Me toma tanto tiempo que todavía no puedo descifrar dónde está mal, sospecho mi H ^ no es hermitiano.

Respuestas (1)

La teoría detrás del truco se basa en el teorema de Hellmann-Feynman (HF).

(A) d mi λ d λ   =   ψ λ | d H ^ λ d λ | ψ λ ,
que trabaja con una única derivada, pero no con el cuadrado de una derivada, cf. Cálculo fallido de OP (5) para el valor esperado 1 r 2 . Por cierto, en la página de Wikipedia , el resultado correcto (6) para 1 r 2 se obtiene mediante el teorema de HF variando wrt. el número cuántico azimutal en lugar de la carga eléctrica mi . (Sobre una sutileza en la variación wrt. , consulte también esta publicación Phys.SE relacionada).