Expresar los estados propios de L2L2\mathbf{L}^2 y LzLzL_z en términos de los estados propios cartesianos |nxnynz⟩|nxnynz⟩|n_x\, n_y\, n_z\rangle

Quiero expresar los estados propios degenerados del oscilador armónico isotrópico tridimensional escritos como estados propios de L 2 y L z , en términos de los estados propios cartesianos | norte X norte y norte z para el primer estado excitado, pero no estoy seguro de cómo.

Sé que el primer estado excitado es triplemente degenerado: norte X = 1 o norte y = 1 o norte z = 1 , entonces norte norte X + norte y + norte z = 1 . Etiqueta el estado esférico | norte metro , ya que sabemos que L z = i [ a X a y a X a y ] , tenemos

norte X norte y norte z | L z | norte metro = metro norte X norte y norte z | norte metro norte X norte y norte z | L z | norte metro = i norte X norte y norte z | [ a X a y a X a y ] | norte metro
lo que lleva a
metro norte X norte y norte z | norte metro = i ( norte X + 1 ) norte y norte X + 1 norte y 1 norte z | norte metro i norte X ( norte y + 1 ) norte X 1 norte y + 1 norte z | norte metro
Por lo tanto,
metro 1 0 0 | norte yo metro = i 0 1 0 | norte yo metro metro 0 1 0 | norte yo metro = + i 1 0 0 | norte yo metro metro 0 0 1 | norte yo metro = 0
Además, podemos descomponer | norte yo metro en | norte X norte y norte z base
| norte yo metro = norte X norte y norte z | norte X norte y norte z norte X norte y norte z | norte yo metro
Entonces, por ejemplo, quiero descomponer | 1 1 1 norte metro
| 1 1 1 = | 1 0 0 1 0 0 | 1 1 1 + | 0 1 0 0 1 0 | 1 1 1 + | 0 0 1 0 0 1 | 1 1 1 = | 1 0 0 1 0 0 | 1 1 1 + | 0 1 0 ( i 1 0 0 | 1 1 1 ) = ( | 1 0 0 + i | 0 1 0 ) 1 0 0 | 1 1 1

pero me quedé atrapado aquí. no se como llegar al resultado

| 1 1 1 = 1 2 | 1 0 0 + i 2 | 0 1 0
De alguna manera 1 0 0 | 1 1 1 evalúa a 1 / 2 .

Muchas gracias por adelantado.

Respuestas (1)

Sabes que la normalización del producto interior es 1, es decir,

norte yo metro   |   norte yo metro = 1

puede usar esta información para encontrar el valor de norte X = 1 norte y = 0 norte z = 0   |   norte = 1 yo = 1 metro = 1 como,

1 1 1 | 1 1 1 = 1
dejándote algo de álgebra como parte del ejercicio*, obtendrás,
1 = ( 1 + 1 ) | 1 0 0   |   1 1 1 | 2

entonces resolver te da el elemento de transición para 1 0 0   |   1 1 1 = 1 / 2

recordar | ϕ = ϕ | y también las condiciones de ortogonalidad cuando tanto "bra" como "ket" están en la misma base.