מקדמי קלבש-גורדן

במכניקת הקוונטים, מקדמי קלבש-גורדן הם מקדמים המשמשים לבניית מצבים עצמיים של התנע הזוויתי הכולל של מערכת מורכבת מתוך מצבים עצמיים של תנע זוויתי של תת-מערכות שלה.

מרחב המכפלה החיצונית

נתונה מערכת המורכבת משתי תת-מערכות.

יהי $V_{1}$ מרחב וקטורי $2 j_{1} + 1$ ממדי, הנפרס על ידי המצבים העצמיים של $j_{1}^{2}, j_{z 1}$ , התנע הזוויתי של תת-המערכת הראשונה ורכיב $z$ שלו:

| j_{1} m_{1} ⟩ m_{1} = - j_{1}, - j_{1} + 1, \dots j_{1}

ויהי $V_{2}$ מרחב וקטורי $2 j_{2} + 1$ ממדי, הנפרס על ידי המצבים העצמיים של $j_{2}^{2}, j_{z 2}$ , של תת-המערכת השנייה:

| j_{2} m_{2} ⟩ m_{2} = - j_{2}, - j_{2} + 1, \dots j_{2}

מרחב המצבים של המערכת הכוללת הוא מרחב $(2 j_{1} + 1) (2 j_{2} + 1)$ ממדי, הנתון על ידי המכפלה של שני המרחבים הנפרדים $V_{12} \equiv V_{1} \otimes V_{2}$ . בסיס אפשרי למרחב זה הוא סט מצבי המכפלה החיצונית של המצבים הנפרדים

| j_{1} m_{1} ⟩ | j_{2} m_{2} ⟩ \equiv | j_{1} m_{1} ⟩ \otimes | j_{2} m_{2} ⟩

כאשר הסימון $\otimes$ מייצג את אופרטור המכפלה טנזורית.

התנע הזוויתי הכולל של המערכת המורכבת

נגדיר אופרטורים הפועלים במרחב $V_{12}$ באמצעות רכיבי התנעים הזוויתיים הנפרדים (כאן $1$ מייצג את אופרטור היחידה)

J_{i} \equiv j_{i 1} \otimes 1 + 1 \otimes j_{i 2} f o r i = x, y, z

כל מכפלה כזאת פועלת על מרחב המצבים של המערכת הכוללת באופן הבא

(j_{i 1} \otimes 1) | j_{1} m_{1} ⟩ | j_{2} m_{2} ⟩ \equiv (j_{i 1} | j_{1} m_{1} ⟩) \otimes | j_{2} m_{2} ⟩

(1 \otimes j_{i 2}) | j_{1} m_{1} ⟩ | j_{2} m_{2} ⟩) \equiv | j_{1} m_{1} ⟩ \otimes j_{i 2} | j_{2} m_{2} ⟩

אופרטורים אלו מקיימים את יחסי החילוף של רכיבי תנע זוויתי

[J_{k}, J_{l}] = i \sum_{m = 1}^{3} ϵ_{k l m} J_{m}

לפיכך נוכל להגדיר את התנע הזוויתי הכולל של המערכת, שאופרטורים אלו הם רכיביו, ואשר מקיים

J^{2} | j_{1} j_{2} J M ⟩ = J (J + 1) | j_{1} j_{2} J M ⟩

J_{z} | j_{1} j_{2} J M ⟩ = M | j_{1} j_{2} J M ⟩, f o r M = - J, \dots, J

כאשר $| j_{1} j_{2} J M ⟩$ הם המצבים העצמיים של התנע הזוויתי הכולל (וגם של התנעים הזוויתיים הנפרדים), והם פורסים את המרחב $V_{12}$ . כמו כן $J$ מקיים את אי שוויון המשולש

| j_{1} - j_{2} | \leq J \leq j_{1} + j_{2}

הגדרת מקדמי קלבש גורדן

מצבי המכפלה מהווים בסיס של המרחב $V_{12}$ , מכאן שניתן להביע כל מצב במרחב כצירוף ליניארי שלהם. בפרט, ניתן להביע את המצבים העצמיים של התנע הזוויתי הכולל בבסיס זה:

| j_{1} j_{2} J M ⟩ = \sum_{m_{1} = - j_{1}}^{j_{1}} \sum_{m_{2} = - j_{2}}^{j_{2}} | j_{1} m_{1} ⟩ | j_{2} m_{2} ⟩ ⟨ j_{1} m_{1} j_{2} m_{2} | j_{1} j_{2} J M ⟩

מקדמי הצירוף הליניארי $⟨ j_{1} m_{1} j_{2} m_{2} | j_{1} j_{2} J M ⟩$ נקראים מקדמי קלבש גורדן. נהוג להשמיט את $j_{1} j_{2}$ , ולסמן את המקדמים בקיצור $⟨ j_{1} m_{1} j_{2} m_{2} | J M ⟩$ .

על ידי הגדרת אופרטורי סולם של התנע הזוויתי הכולל ניתן למצוא יחסי רקורסיה שבאמצעותם ניתן לחשב את מקדמי קלבש גורדן במפורש. את יחסי הרקורסיה מצא יואל רקח בשנת 1941.

תכונות

הפעלת האופרטור $J_{z} = j_{z 1} \otimes 1 + 1 \otimes j_{z 2}$ על המשוואה המגדירה את המקדמים מראה שהמקדמים מתאפסים אלא אם מתקיים

M = m_{1} + m_{2}

בנוסף, המקדמים מקיימים

⟨ J M | j_{1} m_{1} j_{2} m_{2} ⟩ \equiv ⟨ j_{1} m_{1} j_{2} m_{2} | J M ⟩

ואת יחסי האורתוגונליות:

\sum_{J = | j_{1} - j_{2} |}^{j_{1} + j_{2}} \sum_{M = - J}^{J} ⟨ j_{1} m_{1} j_{2} m_{2} | J M ⟩ ⟨ J M | j_{1} {m_{1}}^{'} j_{2} {m_{2}}^{'} ⟩ = δ_{m_{1}, {m_{1}}^{'}} δ_{m_{2}, {m_{2}}^{'}}

\sum_{m_{1} m_{2}} ⟨ J M | j_{1} m_{1} j_{2} m_{2} ⟩ ⟨ j_{1} m_{1} j_{2} m_{2} | J^{'} M^{'} ⟩ = δ_{J, J^{'}} δ_{M, M^{'}}

שימושים

כאמור, המקדמים משמשים לבניית מצבים של התנע הזוויתי הכולל מתוך מצבים של התנעים הזוויתיים הנפרדים. בנוסף, לתכונות מקדמי קלבש גורדן יש חשיבות בקביעת כללי ברירה של מעברים קרינתיים תוך שימוש במשפט ויגנר-אקרט.

קישורים חיצוניים

קובץ המכיל טבלת מקדמי קלבש-גורדן, הרמוניות ספריות ומטריצות d של ויגנר.
טבלאות של מקדמי קלבש גורדן, מתוך ויקיפדיה האנגלית
String Module Error: Target string is empty.html מקדמי קלבש-גורדן, באתר MathWorld (באנגלית) המזהה לא מולא ולא נמצא בוויקינתונים, נא למלא את הפרמטר.