密度行列、粒子密度

改正します。

同じ多粒子状態のために、そこ密度演算子\(\ rho_N \)今、その還元、決定された密度演算子モノマー。同種粒子は、各粒子と同じ位置、以来ので\(N \)濃度低下オペレータモノマー粒子は、
\ [\のrhoが= N \テキスト {TR} _ {2,3、\ cdots、N}( \ rho_N)\]
係数\(N \)ための\(N \)粒子との完全な。トレース要求は演技、基底ベクトルの完全なセットを選択することです\(\ Rhoの\)を、両側に不可欠なプラン(合計)の後、粒子。トレースのために、複数の粒子の基底ベクトル集合の対称とる\ |(B_1、B_2、\ cdots、B_N \ rangle \)完了し、表し\(N \)合計粒子(N \を\ )以前の状態。そこ
\ [\ロー(B、B 「)= N \ INT \ cdots \ INT \テキスト{D} B_2の\テキスト{D} B_3 \ cdots \テキスト{D} B_Nの\ langleのB、B_2、\ cdots、B_N | \ rho_N | B」、B_2
、\ cdots、B_N \ rangle \] 粒子の顔\(2,3、\ cdots、N \) 点、第1粒子保持が一体化されません。左側のように書くことができるように、基本ベクトルの選択は、それは、対称的であるので\(| | \のRho B「\ rangle \ \ langleのB)と、のように書くことができます。\(\ Rhoの(B、B「)\) それは、一般的にオペレータの形で書かれていませんので、これは体密度行列(ある、唯一の行列要素の形式で書かれた、私はあなたが単一のオペレータの形で書き込まれるようにしている場合だと思う\ (\ロー(B、B ' )|のb \ rangleの\のlangle bは' | \) )も可能です。

選択した場合(B \ rangle \)\ |オペレータの位置のための固有ベクトル\(| R&LT \ rangle \) 次いで、上記の式である
[\ \のRho(R、R 「)= N \ INT \ cdots \ INT \ テキスト{D} R_2の\テキスト{ D} r_3 \ cdots \テキスト{D}たR_n \ langle R、R_2、\ cdots、たR_n | \ Psi_N \ rangle \ langle \ Psi_N | R」、R_2、\ cdots、たR_n \ rangle \\ = N \ INT \ cdots \ INT \テキスト{D} R_2の\テキスト{D} r_3 \ cdots \テキスト{D}たR_n \ Psi_N(R、R_2、\ cdots、たR_n)\サイ^ *(R」、 R_2、\ cdots、たR_n)\
] このように、\(R = R「\)と、\(\のRho(R&LT、R&LTは)\)共通量子化学粒子密度です。

一方、オペレータは、しばしばとして書面量子化学の、単一粒子密度、
\ [\帽子{\ロー}
(R)= \ sum_i \デルタ(\ハット{R} _i-R)\] 式物理的なタイプは、非常に直感的であり、物理的な概念の粒子密度の表現です。これは望ましく
\ [\ロー(R)=
\ langle \ Psi_N | \帽子{\ロー(R)} | \ Psi_N \ rangle \] さらに、利用可能な拡張
\ [\ロー(R)= \ INT \ cdots \ INT \テキスト{D} R_1の\テキスト {D} R_2 \ cdots \テキスト{D}たR_n \サイ^ * _ N(R_1、\ cdots、たR_n)\ sum_i \デルタ(\ハット{R} _i-R)\ Psi_N( R_1、\ cdots、たR_n)\\ = N \ INT \ cdots \ INT \テキスト{D} R_2の\テキスト{D} r_3 \ cdots \テキスト{D}たR_n \ Psi_N(R、R_2、\ cdots、たR_n)\ PSI ^ *(R、R_2、
\ cdots、たR_n)\] 上述した第2の等号は、交換の波動関数の対称性からです。単一粒子密度ことを見出した(\ \のRho(登録商標)\ ) の前にある(\ \のRho(R&LT、R&LT))\

上記から、単一粒子の場合には、\(\のRho(R&LT、R&LT)= \ langle R&LT | \のPSIの\ rangleの\ langleの\のPSI | R&LT \ rangle = \ langle R&LT | \帽子{\のRho} | R&LT \ rangle \)オペレータの密度行列要素です。

これは、単一の粒子密度演算子の「等価」として、わずか約つの粒子と同じ多粒子系、マトリックスの密度であるモノマー密度行列を意味し、上記の議論から要約することができます。行列要素。

:単一の共通書き込み密度行列があります(|)A(B)| \ Psi_N \ rangle \ \のRho(B、B 'A ^ \ダガー(B)= \ langle \ Psi_N')\フォームとフロント。 :等価である、次の証明
、\ [\のRho(B、B「)= N \ INT \ cdots \ INT \テキストB_2 {D} \ {D} B_3テキスト\ cdots \ D {テキスト} B_Nの\ langle BをB_2、\ cdots、B_N | \ Psi_N \ rangle \ langle \ Psi_N | B」、B_2、\ cdots、B_N \ rangle \\ = \ int型\ cdots \ int型\テキスト{D} B_2 \テキスト{D} B_3 \ cdots \テキスト{D} B_N \ langle B_2、\ cdots、B_N |(B)| \ Psi_N \ rangle \ langle \ Psi_N | A ^ \短剣(B「)| B_2、\ cdots、B_N \ rangle \\ = \ langle \ Psi_N | A ^ \短剣 (B「)\ int型\ cdots \ int型\テキスト{D} B_2の\テキスト{D} B_3 \ cdots \テキスト{D} B_N | B_2、\ cdots、B_N \ rangle \ langle B_2 、\ cdots、B_N |( B)| \ Psi_N \ rangle \\ = \ロー(B、B ')= \ langle \ Psi_N | A ^ \短剣(B')(B)| \ Psi_N \ rangle \ ]
等号の最後から二番目の完全性関係を(見ての使用で使用している\(N-1 \)空間の完全性関係粒子が、実際には全ての多粒子空間に完全性関係を利用する-内起因製品、他の\(M \ NEQ N-1 \) 状態空間ゼロ寄与粒子)。

座標表現に変換器は、それは(\ロー(R、R \ )\ハット{\サイ}(R)| \ Psi_N | '\帽子{\サイ} ^ \ダガー(R)= \ langle \ Psi_N' \ rangle \)

集約の波動関数

巨視的凝集は、フィールドオペレータが通常のようにそこに書かれて使用される場合、状態の研究は、多くの場合、フィールドを平均化する
\ [\帽子{\サイ}デルタ\(R)= \ langleハット\ {\サイ}(R)\ rangle + \ 帽子{\サイ}(R)
\] この形式で書かれているので、そこである\(\ langle \デルタ\ハット{\}プサイ(R&LT)\ rangle = 0 \)上記式の形態である。フィールド演算子、密度行列である
[\ \のRho(R、R ')= \ langleハット\ {\サイ} ^ \短剣(R')\ rangle \ langle \帽子{\サイ}(R)\ rangle + \ langleデルタ\ \帽子{\のサイ} ^ \
短剣(R「)\デルタ\帽子{\サイ}(R)\ rangle \] 第2項は小さいです。(通常は任意の外部性のため、ボーズガスとの相互作用)は、一般的に凝集した状態の場合、最初の項は、限られたマクロな量ではないとされ(| R-R「| \ \ RIGHTARROW \ inftyの\は) 傾向がありますゼロ、第二項一方が、ゼロになる傾向があります。これはまた、凝集物の基準である:もし\(| R-R '| \ RIGHTARROW \ inftyの\) とき\(\ロー(R、R ')\ nrightarrow0 \) 、システムは凝集あり;および\(| R-R '| \ RIGHTARROW \ inftyの\)とき\(\ロー(R、R ')\ nrightarrow0 \) と呼ばれるこの性質"を有する非対角長距離秩序"(ODLRO)、で具体非対角\(R \ NEQ R「\) 長さに反映され\(| R-R「| \ RIGHTARROW \ inftyの\) 、 "有する......配列"は非ゼロに反映されます。それだけでなく、また、その\(| \ langleの\帽子{ \サイ}(R)の\ rangle | \) と\(\ SQRT {N_0(R )} \) の意味、すなわち、オープン集合体の部分の密度に等しく、その係数ルート、または直接に(\ \ langleの\帽子{\サイ}(R)\ rangle \) 波動関数を凝固と呼ばれます。上記の私は、この(ボーズ気体の一般的なケース)は密度、体の波動関数を(結局、これはマルチボディシステムの結束で、1つしかでき集約考える傾向があり、本の一般的な引数です\(R \))波動関数の引数として、これは明示的にかかるので、ここでは、定義されていない\(\ langleの\帽子{\サイ}(R)\ rangle \) これらの両方が定義されています。別の角度、モノマー低減密度行列の、すなわち角度から、理解されるであろうこの問題を見ているの一部:対角線モノマー密度行列、以降の\(\デルタ\帽子{\サイ}(R)\) 次に、2番目の項目は、少量で、少量です。モノマーと実際の問題(\ \のRho(R&LT、R&LT)= \ ^ * PSI(R&LT)\ PSI(R&LT)\) 次いで図のアナログアンサンブル平均角度から来る、\(\ langleの\ハット{ \サイ}(R)\ rangle \)は、実際に単一粒子波動関数の効果に相当します。

均一ボーズガス(すなわち、外部電位が全く相互作用しない)を介して上記の引数が確立されている、またはそれがオープンにわたって上記ボーズガスを促進することです。

理想ボーズ気体電界操作者はに拡張することができるため
\ [\帽子{\サイ} (R)= FRAC {1}は{\ SQRT {V}} \和_ {\のBF {P}} \帽子\ {A} _ {\のBFのP}の\ EXP
(I / \ HBAR {\ BF P \ CDOT R})\] 上記総和が分割される({\のBFのP} = \ 0 \) およびその他の項目、および(\ {\のBF P} = 0 \ ) いくつかの代替的な演算子を使用し、そうあるCキー
[\ \帽子{\のサイ} (R)= \ FRAC {\のSQRT {N_0}}は{\ SQRT {V}} + \ FRAC {1}は{\ SQRT {V }} \和_ {{\のBF {P}} \ NEQ 0} \帽子{A} _ {\ BFのP}の\ EXP(I / \のHBAR {\ BF P \ CDOT R} )\]
ここで、\は(N - 0 \)基底状態の粒子の理想気体ボーズ番号です。これは限られたマクロの項目を見ています。総運動量演算子考慮
\ [\帽子{\のBFのP } = \和_ {\のBFのK}は{\ BFのK} \ハット{A} _ {\のBFのK} ^ \ダガー\帽子{A} _ {\ BF K} \]
と有する密度演算子\(\帽子{\のRho} = \ FRAC 1 {{。}} Zの\のEXP( - \ベータ\ハット{H})\) 以来\([\帽子{H} \帽子{\ BF P}] = 0 \) そう\([\帽子{\のロー } \帽子{\のBFのP}] = 0 \) そこ
\ [\ Langle [\帽子{ \のBFのP} _ {\のBFのQ} ^ \ダガーA _ {\のBFのK}] \ rangle = \テキスト{TR} \ {\ロー[\帽子{\のBFのP}、 A _ {\のBFのQ} ^ \ダガーA _ {\のBFのK}] \} = \テキスト{TR} \ {\のRho \帽子{\ BFのP} A _ {\のBFのQ} ^ \ダガーA _ {\ BFのK} \} - \テキスト{TR} \ {\のRho A _ {\のBFのQ} ^ \ダガーA _ {\のBFのK} \ハット{\のBFのP} \} = \テキスト{TR} \ {\のRho \帽子{\ BFのP} A _ {\のBFの Q} ^ \ダガーA _ {\のBFのK} \} - \テキスト{TR} \ {\帽子{\のBFのP} \のRho A _ {\のBFのQ} ^ \ダガーA _ {\ BF K} \} = 0 \]
他方で\([\帽子{\のBFの P} _ {\のBFのQ} ^ \ダガーA _ {\のBFのK}] = \ HBAR({\ BFのK} - {\ BF Q})A _ {\ BF Q} ^ \ダガーA _ {\ BF K} \)、そう\(\ langle A _ {\の BFのQ} ^ \ダガーA _ {\のBFのK} \ rangle =デルタ\ _ {{\ Q} BF、{\ BF K} \ {langle A _ \ Q} BF ^ \ _ {ダガーA \ K} BF \ rangle \) マトリックスの単に密度のために
\ [\のRho(R、R ')= \ FRAC {1} {V} \和_ {\のBFのK、Q}の\ EXP [I({\のBFのK} \ CDOT {\のBFのR'} - {\ BF Q}の\ CDOT {\のBFのR })] \ langle A _ {\のBFのQ} ^ \ダガーA _ {\のBFのK} \ rangle \\ = \ FRAC {\ langle N_0 \ rangle} {V} + \ FRAC {1 } {V} \和_ { {\のBFのK} \ neq0} \ EXP [I {\のBFのK} \のCDOT({\のBFのR「} - {\のBFのR})] \ langleのA ^ \短剣_ {\ BF K} A _ {\のBFのK
} \ rangle \] と第2の加算積分器に式、\(| R-R '| \) 指数関数的に減少しているので、\(| R-R' | \ RIGHTARROW \ inftyの\) \(\のRho(R&LTは、R「)\ RIGHTARROW \ FRAC {\ langle N - 0 \ rangle} {V} \)の非対角長距離秩序。オペレータからのフィールドに貢献この限界において、なお\({\のBF P} = 0 \) 項目。

時々波動関数凝集体が別の定義を有する:BECの一般的なケースでは、フィールドオペレータ拡大する
\ [\帽子{\サイ} (R)= \ phi_0(R)\ハット{A} _0 + \ sum_ \ phi_i({iがneq0を\}
帽子{A} _i \] \ r)が直接定義凝集体の波動関数\(\ varphi(R)= {A} \のSQRT {N_0} \ phi_0(R)\ langle \帽子_0 \ rangle)\、ボーズ理想気体、及びこの定義は以前に定義された一貫性があります。

改正します。

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転載: www.cnblogs.com/immcrr/p/11441806.html