¿Hay algún "estado singlete" para 3 o más partículas de espín 1/2?

Todo sistema con norte o más electrones se encuentra en un espacio de Hilbert H = H espacio H girar , con H espacio = H espacio 1 H espacio norte y H girar = H girar 1 H girar norte , H i siendo el i -ésimo espacio de partículas. Entonces el sistema tiene un estado | Ψ = | Ψ espacio | Ψ girar H .

Lo que no se me ocurrió es un spin ket antisimétrico. | Ψ girar cuando había más de 3 electrones. Esto significaría que la única manera de antisimetrizar | Ψ , para norte 3 , es antisimetrizando solo la parte espacial. Creo que es extraño, ya que para norte = 2 tenemos un ket de espín antisimétrico (el estado singlete), entonces, ¿por qué no habría tales kets para norte 3 ?

Ignorando la parte espacial, y asumiendo norte 3 , si queremos describir norte giros idénticos σ k = ± , necesitamos antisimetrizar el ket | σ 1 | σ 2 | σ norte de la siguiente manera

| Ψ girar = 1 norte pag S norte s gramo ( pag ) | σ pag ( 1 ) | σ pag ( 2 ) | σ pag ( norte )

Tomemos, por ejemplo, el siguiente ket (que queremos antisimetrizar)

| ϕ = | + | + norte | | metro ( norte + metro = norte )

Si solo miramos las permutaciones pag que no cambia | ϕ , terminamos con un subgrupo S norte S metro S norte , compuestos de:

S norte = permutaciones α S norte que no cambian el " | + | + norte "parte y no toques el" | | metro " parte

y:

S metro = permutaciones β S norte que no tocan el " | + | + norte "parte y no cambies el" | | metro " parte

Con S norte S metro siendo todas las permutaciones de la forma α β

Pero es que la mitad de los elementos de S norte son pares y la otra mitad son impares, por lo que la siguiente suma es cero:

A ( | ϕ ) = definitivamente pag S norte S metro s gramo ( pag ) | ϕ = α β S norte S metro s gramo ( α β ) | ϕ = α β S norte S metro s gramo ( α ) s gramo ( β ) | ϕ = = α S norte β S metro s gramo ( α ) s gramo ( β ) | ϕ = ( α S norte s gramo ( α ) ) 0 β S metro s gramo ( β ) | ϕ = 0

Y se podría haber hecho un cálculo similar para cada permutación de | ϕ , entonces, notando que el ket original | Ψ girar es una suma de términos como A ( | ϕ ) , con | ϕ siendo permutaciones de | ϕ que sí lo cambian (a diferencia de antes), resulta que | Ψ girar = 0 para cada norte > 2 ! (con | Ψ girar antisimétrico)

Respuestas (3)

Grupo teóricamente, el número de singletes contenidos en la composición de N = 2m dobletes es

( 2 metro ) ! metro ! ( metro + 1 ) !     ,
entonces 1 para N = 2, 2 para N = 4, 5 para N = 6, etc., y 0 para N impar , por supuesto.

Esto se ve en el complemento directo de la fórmula general para el producto de Kronecker de N dobletes, ecuación (19) de Zachos 1992 . Debería poder reconocer la secuencia como la diagonal del triángulo catalán , es decir, números catalanes .

Las multiplicidades de productos arbitrarios de repeticiones arbitrarias se pueden obtener mediante la integración de caracteres de representación sobre la medida invariante del grupo SU(2) y poseen propiedades interesantes, por ejemplo, Curtright et al 2017 .

Para cualquier número par de vueltas 1 / 2 partículas hay al menos un estado con espín total cero. Sin embargo, este estado no se logra al antisimetrizar todos los estados de espín, porque como dijiste, esto es simplemente imposible para norte > 2 partículas; la antisimetrización da exactamente cero. Te estás confundiendo pensando en las funciones de onda espaciales, que no tienen nada que ver con el problema.

Explícitamente, considere 4 partículas Suponga que los dos primeros están en un estado singulete antisimetrizado y los dos últimos también. Tanto los dos primeros como los dos últimos individualmente no tienen efecto. Por lo tanto, la combinación de estos dos pares tampoco tiene giro. Este es un ejemplo de un estado singlete, y no se construye a partir de la antisimetría de los cuatro espines, lo que sería imposible.

Ese estado de 4 partículas que das no es totalmente antisimétrico. ¿Por qué es posible tener tal estado? ¿No está prohibido por el teorema de estadística de espín/postulado de simetrización?
@adiselann No, solo la función de onda total debe ser antisimétrica, por lo que presumiblemente la función de onda de posición compensa. Sin embargo, dado que la función de onda de posición siempre puede encargarse de las cosas, podemos ignorar el postulado de antisimetrización siempre que también ignoremos la función de onda de posición.
Mira un átomo de berilio. Tiene 4 electrones con espín cero y momento angular cero: [ H mi ] 2 S 2 = 1 S 2 2 S 2 . Los pares de electrones ocupan cada uno diferentes números cuánticos radiales.

Sí: cuatro partículas con espín 1 2 dar dos camisetas

(01) 2 2 = 1 3

(02) 2 ( 2 2 ) = 2 ( 1 3 ) = 2 1 2 2 3 2 4 = 2 2 4

2 [ 2 ( 2 2 ) ] = 2 [ 2 2 4 ] = ( 2 2 ) ( 2 2 ) ( 2 4 ) (03) = 1 3 1 3 3 5


Tenga en cuenta que

(04) ( 2 j α + 1 ) ( 2 j β + 1 ) = j ρ = | j α j β | j ρ = j α + j β ( 2 j ρ + 1 )