ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Р. В. ВЕДРИНСКИЙ КВАНТОВАЯ ТЕОРИЯ РАССЕЯНИЯ Ростов-на-Дону Издательство Южного федерального университета 2008 УДК 530.1(075.8) ББК 22.31я73 В 26 Печатается по решению редакционно-издательского совета Южного федерального университета Учебник подготовлен и издан в рамках национального проекта «Образование» по «Программе развития федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования “Южный федеральный университет” на 2007–2010 гг. <...> Стационарный подход к квантовой теории рассеяния . <...> Описание процессов рассеяния в нестационарном подходе . <...> Постановки задачи рассеяния в нестационарном подходе . <...> Решение уравнения Шредингера в сферически-симметричном потенциале . <...> При их исследовании эксперимент должен быть поставлен так, чтобы исключить многократное рассеяние падающих частиц в мишени, а также интерференцию волн, описывающих частицы, когерентно рассеянные различными частицами мишени. <...> В этом случае квантовое состояние рассеивающей частицы мишени изменяется, и волны, описывающие частицы, рассеянные различными частицами мишени, не интерферируют друг с другом, так что полный поток рассеянных частиц равен сумме потоков, возникших в результате рассеяния падающих частиц всеми частицами мишени. <...> При этом падающая частица имеет достаточно большой импульс, а частица мишени первоначально практически покоится. <...> Система отсчета, в которой частицы мишени покоятся, называется лабораторной. <...> Теоретически более удобной системой отсчета является система центра масс. <...> В этой системе отсчета процесс рассеяния можно описать как рассеяние одной эффективной частицы с массой, равной приведенной массе сталкивающихся частиц. <...> Ниже для простоты считается, что частицы мишени имеют столь большие <...>
Квантовая_теория_рассеяния.pdf
УДК 530.1(075.8)
ББК 22.31я73
В 26
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Южного федерального университета
по «Программе развития федерального государственного
образовательного учреждения
Учебник подготовлен и издан в рамках
национального проекта «Образование»
“Южный федеральный университет” на 2007–2010 гг.»
высшего профессионального образования
В 26
Ведринский Р. В.
Квантовая теория рассеяния: учебник / Р. В. Ведринский.
– Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2008. – 192 с.
ISBN 978-5-9275-0626-2
Научная литература, посвященная фундаментальным проблемам
квантовой физики, новым квантовым эффектам и их приложениям,
широко использует математический аппарат и теоретические
методы, не изучаемые на должном уровне в стандартных курсах
квантовой теории и недостаточно описанные в типовых учебниках.
Данный учебник призван заполнить имеющийся пробел. Основное
внимание в нем уделено не рассмотрению конкретных квантовых
явлений, что легко найти в любом учебнике по квантовой механике,
а подробному описанию физических основ квантовой механики,
ее математического аппарата, необходимого для изучения современной
литературы, методов использования этого аппарата для
описания основных нерелятивистских микрообъектов и аксиоматики,
устанавливающей связь между математическим аппаратом и
характеристиками микрообъектов.
Учебник рассчитан на аспирантов, студентов магистратуры и
старших курсов бакалавриата, желающих вести научную работу в
следующих областях современной физики: фундаментальные проблемы
квантовой физики, физика наноструктур и квантовые компьютеры.
ISBN
978-5-9275-0626-2
УДК 530.1(075.8)
ББК 22.31я73
© Ведринский Р. В., 2008
© Южный федеральный университет, 2008
© Оформление. Макет. Издательство
Южного федерального университета, 2008
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Глава 1. Постановка задачи рассеяния .......................................... 6
Глава 2. Стационарный подход
к квантовой теории рассеяния ..................................... 14
2.1. Постановка задачи рассеяния
в стационарном подходе ..................................................... 15
2.2. Интегральное уравнение для волновой функции
задачи рассеяния. Борновские приближения
для амплитуды рассеяния.
y+ y,
2.3. Свойства y+ y,
−
-векторы.
Уравнения Липпмана–Швингера .................................... 19
−
-векторов. Полная функция Грина.
Уравнение Дайсона ............................................................... 34
Глава 3. Описание процессов рассеяния
в нестационарном подходе ............................................... 41
3.1. Постановки задачи рассеяния
в нестационарном подходе ................................................. 42
3.2. Описание процесса адиабатического включения
и выключения взаимодействия
в теории рассеяния. S-матрица ........................................ 48
3.3. Расчет сечения рассеяния
в нестационарном подходе.
«Золотое правило» Ферми ................................................. 57
3.4. Общие свойства S-матрицы,
оптическая теорема .............................................................. 60
3.5. Применение «золотого правила» Ферми
для описания процессов неупругого рассеяния ........ 64
3.6. Реалистический подход к задаче рассеяния ................ 70
3
Стр.3
Глава 4. Рассеяние сферически-симметричным
потенциальным центром ................................................ 83
4.1. Постановка задачи ................................................................ 84
4.2. Решение уравнения Шредингера
в сферически-симметричном потенциале ................... 85
4.3. Решения задачи рассеяния для сферическисимметричного
потенциального центра ...................... 98
4.4. Свойства сдвигов фаз рассеяния ................................... 105
Глава 5. Аналитические свойства S-матрицы.
Поведение фаз рассеяния при малых энергиях .... 111
5.1. Аналитические свойства S-матрицы ............................ 112
5.2. Физический смысл полюсов S-матрицы ..................... 117
5.3. Поведение сдвигов s-фаз рассеяния
при малых энергиях ........................................................... 119
Глава 6. Резонансные и квазистационарные
состояния. Время рассеяния ....................................... 125
6.1. Квазистационарные и резонансные состояния
в квантовой механике ....................................................... 126
6.2. Распад квазистационарных состояний ....................... 134
6.3. Время рассеяния ................................................................. 142
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ОБОБЩЕННЫХ ФУНКЦИЙ .... 151
1.1. Определение обобщенной функции. d-функция ....... 152
1.2. Преобразования и свойства обобщенных функций.
Дифференцирование обобщенных функций ............ 158
1.3. Некоторые важные соотношения теории
обобщенных функций ...................................................... 164
4
Стр.4
1.4. Обобщенные функции, связанные
с функцией 1/x ......................................................................... 168
1.5. d-функции в трехмерном случае ....................................... 176
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ФУРЬЕ ........................................................ 179
Литература ............................................................................................. 188
5
Стр.5