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¨Ubungsblatt 9 Theoretische Physik IV WS 2006/07 Aufgabe 19

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Ubungsblatt 9¨ Theoretische Physik IV WS 2006/07

Aufgabe 19 (Separation der Schwerpunktbewegung) (5 Punkte) Der Hamiltonoperator eines Systems zweier Teilchen, die durch ein entfernungsabh¨angiges Po- tential wechselwirken, lautet

Hˆ = pˆ21

2m1 + pˆ22

2m2 +V(|ˆr1−ˆr2|) (1) und die Vertauschungsrelationen lauten

[rµ,i, rν,j] = 0 , [pµ,i, pν,j] = 0, und [rµ,i, pν,j] =i¯hδi,jδµ,ν (2) Dabei beziehen sich die Indizesµ, ν ∈ {1,2}auf Teilchen 1 bzw. 2 und die Indizesi, j ∈ {1,2,3}

auf die drei Raumrichtungen. Die Schwerpunkt- und Relativkoordinate sind definiert durch Rˆ = m1ˆr1 +m2ˆr2

m1 +m2 , und ˆr= ˆr1−ˆr2 (3) und die dazugeh¨origen Impulse sind

Pˆ = ˆp1+ ˆp2 , bzw. pˆ = m21−m12

m1+m2 (4)

a) Zeige, daß die neuen Operatoren die Vertauschungsrelationen

[ˆri,pˆj] =i¯hδi,j , und [ ˆRi,Pˆj] =i¯hδi,j (5) erf¨ullen und daß alle anderen Kommutatoren der neuen Variablen verschwinden.

b) Zeige, daß der Hamilton-Operator in den neuen Koordinaten lautet Hˆ =

2 2M + pˆ2

2m +V(|ˆr|). (6)

Dabei ist M = m1 +m2 die Gesamtmasse und m = mm1m2

1+m2 die reduzierte Masse des Systems.

c) Die station¨are Schr¨odingergleichung zum Hamiltonian (6) kann durch den Separations- ansatz Ψ(R,r) = Φ(R)ϕ(r) gel¨ost werden. Welche Gleichungen m¨ussen Φ(r) und ϕ(r) erf¨ullen? Wie lautet die L¨osung Φ(R) und der dazugeh¨orige Eigenwert? Was ist deren physikalische Bedeutung?

Aufgabe 20 (Harmonischer Oszillator in drei Dimensionen) (4 Punkte) Betrachte den dreidimensionalen, harmonischen Oszillator, dessen Hamiltonoperator lautet:

Hˆ = pˆ2 2m + 1

2mω2ˆr2 . (7)

a) Bestimme das Energiespektrum dieses Systems. (Hinweis: verwende die bekannten Ergeb- nisse f¨ur den eindimensionalen harmonischen Oszillator!)

b) Bestimme den Entartungsgrad der Energieeigenwerte.

Abgabe: Mo. 18.12.06, 12:00 Uhr

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