Valores esperados de estado coherente del oscilador armónico

Estoy buscando calcular los valores esperados de un estado coherente (de un oscilador armónico) que evoluciona en el tiempo. yo se que el X y pag los valores esperados son como en el movimiento clásico, pero me pregunto sobre X 2 y pag 2 .

Digamos que estoy comenzando con el estado coherente | b , con b R , por lo que la función de onda es el estado fundamental desplazado por b X 0 2 :

ψ b ( X ) = ψ 0 ( X b X 0 2 )

O de manera similar, la función de Wigner será

W b ( X , pag ) = W 0 ( X b X 0 2 , pag )

Ahora sé los valores esperados de X y pag son clásicos:

X ( t ) = b X 0 2 porque ( ω t )
pag ( t ) = b pag 0 2 pecado ( ω t )

Pero que pasa X 2 ( t ) y pag 2 ( t ) y ?

La energía se conserva...
Por supuesto, debo haber estado cansado de escribir esto. Aún así, ¿qué pasa con la posición y el impulso al cuadrado?
Use las expansiones en operadores de escalera (p. ej. X ( a + a ) ), y luego el hecho de que los estados coherentes son estados propios derechos del operador de aniquilación y estados propios izquierdos del operador de creación.
¿Qué son los estados propios izquierdo y derecho?
Consulte mathworld para obtener información sobre los vectores propios. Si busca en la página Wiki sobre estados coherentes , encontrará información sobre su relación con los operadores de escalera.
se me ocurrió la respuesta de metro ω ( 1 2 + 2 ( R mi ( b ) ) 2 ) por el valor esperado de X 2 . ¿Es esto correcto?
Bueno, sabes que W es una gaussiana 2D y gira rígidamente en el espacio de fase, así que solo haces las integrales de espacio de fase para x² y p² respectivamente. Adecuadamente normalizado para que la "superficie" de energía sea un círculo, sus dos respuestas deben sumar la energía constante, como se comentó anteriormente.

Respuestas (1)

Dejar α C , y deja | norte sea ​​el estado del oscilador armónico con energía ( norte + 1 2 ) ω . En t = 0 , el estado coherente | α ( 0 ) es definido por

(1) | α ( 0 ) = mi | α | 2 / 2 ( norte = 0 α norte norte ! | norte )

Qué es | α ( t ) , el estado coherente en el tiempo t ? Comience con (1). Desde | norte es un estado propio del oscilador armónico hamiltoniano H ^ = ( a ^ a ^ + 1 2 ) ω con valor propio ( norte + 1 2 ) ω , la evolución temporal de | norte es simple | norte ( t ) = mi i ( norte + 1 2 ) ω t | norte y por lo tanto

| α ( t ) = mi | α | 2 / 2 ( norte = 0 α norte norte ! mi i ( norte + 1 2 ) ω t | norte ) .
Es fácil demostrar que | α ( t ) está normalizado.

Ahora primero tenemos que demostrar que a | α ( t ) = α mi i ω t | α ( t ) . Recordar que a ^ | norte = norte | norte 1 . \ Entonces, desde a ^ es lineal,

a ^ | α ( t ) = mi | α | 2 / 2 ( norte = 0 α norte norte ! mi i ( norte + 1 2 ) ω t a ^ | norte ) , = mi | α | 2 / 2 ( norte = 0 α norte norte ! mi i ( norte + 1 2 ) ω t norte | norte 1 ) , = mi | α | 2 / 2 ( norte = 0 α norte ( norte 1 ) ! mi i ( norte + 1 2 ) ω t | norte 1 ) , = α mi i ω t mi | α | 2 / 2 ( norte = 0 α norte 1 ( norte 1 ) ! mi i ( norte 1 + 1 2 ) ω t | norte 1 ) .
La suma correctamente comienza en norte = 1 desde el norte = 0 término no existe. Así, estableciendo metro = norte 1 , podemos reescribir esta suma en términos de metro , con metro a partir de metro = 0. Por eso
a ^ | α ( t ) = α mi i ω t [ mi | α | 2 / 2 ( metro = 0 α metro metro ! mi i ( metro + 1 2 ) ω t | metro ) ] = α mi i ω t | α ( t ) .
Un resultado secundario útil, que se sigue inmediatamente de arriba, es
[ a ^ | α ( t ) ] = α ( t ) | a ^ = [ α mi i ω t | α ( t ) ] = α mi i ω t α ( t ) |

Ahora pag ^ ( t ) y X ^ ( t ) para | α ( t ) . A partir de las definiciones

a ^ = metro ω 2 ( X ^ + i metro ω pag ^ ) , a ^ = metro ω 2 ( X ^ i metro ω pag ^ ) ,
tenemos
X ^ = 2 metro ω ( a ^ + a ^ ) , pag ^ = i metro ω 2 ( a ^ a ^ ) ,
y por lo tanto
X ( t ) = 2 metro ω [ α ( t ) | a ^ | α ( t ) + α ( t ) | a ^ | α ( t ) ] , = 2 metro ω [ α mi i ω t + α mi i ω t ] α ( t ) | α ( t ) = 2 metro ω [ α mi i ω t + α mi i ω t ] ,
que es real, como era de esperar. Podemos limpiar esto escribiendo α = | α | mi i θ para obtener%
(2) X ( t ) = 2 metro ω | α | porque ( ω t θ )

Asimismo,

pag ( t ) = i metro ω 2 [ α ( t ) | a ^ | α ( t ) α ( t ) | a ^ | α ( t ) ] = i metro ω 2 [ α mi i ω t α mi i ω t ] α ( t ) | α ( t ) (3) = 2 metro ω | α | pecado ( ω t θ )
que vuelve a ser real.

En su caso específico, está comenzando con un estado coherente para el cual, en t = 0 , tenemos

X ( 0 ) = b 2 X 0 , pag ( 0 ) = 0
entonces esto implica de (2) y (3) evaluados en t = 0 eso
b 2 X 0 = 2 metro ω | α | porque ( θ ) , 0 = 2 metro ω | α | pecado ( θ )
Comparando con sus condiciones iniciales da θ = 0 y b 2 X 0 = 2 metro ω α con α real.

Finalmente, X ^ 2 y pag ^ 2 . De X ^ y pag ^ , encontramos

X ^ 2 = 2 metro ω ( a ^ + a ^ ) 2 = 2 metro ω ( ( a ^ ) 2 + a ^ a ^ + a ^ a ^ + ( a ^ ) 2 ) , = 2 metro ω ( ( a ^ ) 2 + 2 a ^ a ^ + 1 + ( a ^ ) 2 ) , pag ^ 2 = metro ω 2 ( a ^ a ^ ) 2 = metro ω 2 ( ( a ^ ) 2 a ^ a ^ a ^ a ^ + ( a ^ ) 2 ) , = metro ω 2 ( ( a ^ ) 2 2 a ^ a ^ 1 + ( a ^ ) 2 ) ,
dónde
a ^ a ^ = a ^ a ^ a ^ a ^ + a ^ a ^ = [ a ^ , a ^ ] + a ^ a ^ = 1 + a ^ a ^
ha sido usado. De este modo,
X 2 ( t ) = 2 metro ω [ α ( t ) | ( a ^ ) 2 | α ( t ) + 2 α ( t ) | a ^ a ^ | α ( t ) + 1 + α ( t ) | a ^ 2 | α ( t ) ] , = 2 metro ω [ ( α mi i ω t ) 2 + 2 α α + 1 + ( α mi i ω t ) 2 ] , = 2 metro ω [ ( α mi i ω t + α mi i ω t ) 2 + 1 ] , = 2 metro ω [ 4 | α | 2 porque 2 ( ω t θ ) + 1 ] . pag 2 ( t ) = metro ω 2 [ α ( t ) | ( a ^ ) 2 | α ( t ) 2 α ( t ) | a ^ a ^ | α ( t ) 1 + α ( t ) | a ^ 2 | α ( t ) ] , = metro ω 2 [ ( α mi i ω t ) 2 2 α α 1 + ( α mi i ω t ) 2 ] , = metro ω 2 [ ( α mi i ω t α mi i ω t ) 2 1 ] , = metro ω 2 [ 4 | α | 2 pecado 2 ( ω t θ ) 1 ] , = metro ω 2 [ 4 | α | 2 pecado 2 ( ω t θ ) + 1 ] .