当前课程知识点:量子力学(上) > 第三章 一维势场中的粒子 > 3.5 一维散射问题 > 3.5.1 一维散射问题的一般描述方法
前面几节
我们把注意力放在了
束缚态上面
这一节
我们转而研究
非束缚态
也就是散射问题
首先来介绍一下
在一维情况下
散射问题的一般提法
现在我们考虑的情形是
能量大于势能函数
在无穷远的极限值
为简单起见我们假设
势能在两端的无穷远
都等于零
而 E 是大于零的
所以
现在我们的状态
是非束缚态
由于在现在的情况下
只要 E 大于零
它的任何值
都可以使方程有
单值有限连续的解
所以
能量有连续谱
这时候的问题
就不再是
求能量的本征值
而是求散射的几率
我们先来考虑
x 趋近于正负无穷的
极限情形
那么这时候
V 是趋近于零的
所以方程
就变成了这个样子
ψ 的二阶导数
加上 k2ψ 等于零
而这个 k
是由能量 E 和模型参数
所决定的一个值
我们知道
这样的方程
可以有虚指数函数的解
它的两个线性独立解
分别是 eikx
和 e-ikx
一般解
是这样的解的线性组合
就物理意义来说
这个解代表的是
粒子从左向右运动
我们把它称之为
正向行波
这个解代表的是
粒子从右向左运动
我们称之为反向行波
那么
对于实际的物理情形是
粒子从某一个无穷远
射入势场当中
然后
被势场分成了
反射和透射两个部分
与存在粒子源相对的
另外一端
并没有粒子进入势场
所以
这种实验设置
就给方程提出了
下面的要求
我们称之为定解条件
假如粒子是从
左边入射的
那么
所谓的右方无穷远
也就是
x 趋于正无穷的时候
是没有粒子进来的
所以
在右无穷远的这一方
只存在正向行波
这就是
这条定解条件
这里只有一项
就是 eikx
反过来说
如果粒子是从
右边入射的
那么在左无穷远处
就只有反向行波
也就是
粒子从右方穿过势场
跑到左方来的那个波
所以
定解条件就变成为
在左无穷远处
只有这一项
下面我们总是以左方入射
作为例子
那么
这个时候
我们要对薛定谔方程
提出下边的定解条件
或者说是边界条件
那就是
当 x 趋于负无穷的时候
我们既有从粒子源出来的
正向行波
也有经过势场反射以后
形成的反向行波
因此
是这样两项的线性组合
这一项是入射波
这一项是反射波
而当 x 趋近于正无穷的时候
就只有穿过势场之后
出现的正向波
也就是透射波
因此
只有这一项
我们下面来考查一下
这样的行波前面的系数
所代表的物理意义
我们利用这个 ψ(x)
来计算一下
几率流密度
这就是几率流密度的公式
把这个 ψ
代到这个公式里面
得到这样的一个表达式
其中的 A 就是
这个前面的系数
k 就是在指数上出现的
波矢量的大小
而我们发觉
hbar k/ m
就是 p/m
也就是 v
这个 v
就是粒子的经典速度
所以
如果我们把
这样的一个表达式
代入到刚才
方程的解当中所出现的三项
就是
入射波 反射波
和透射波的话
我们就分别得到了
入射的几率流密度
是 |A|2v
反射的几率流密度是
|B|2v
而透射的几率流密度是
|C|2v
从实验的角度来说
我们观察的是
以一定的流强度
射入势场之后的粒子
有多大的几率被反射
有多大的几率透射
所以
定义一个反射系数
R 是反射的几率流密度
比入射的几率流密度
我们就发觉
它正好是
|B|2/|A|2
而对于透射来说
就是用透射的几率流密度
比上入射的几率流密度
定义一个透射系数
它正好是
|C|2/|A|2
这个 R 和 T
就是在实验上可以测量
理论上可以计算的量
可以为我们提供
理论和实验观察的一个对比
为了方便起见
我们经常又取 A 等于 1
那么这个 R 和 T 的表达式
就变得更简单
那就是 R = |B|2
T = |C|2
-引言
--引言
-1.1 普朗克的光量子假说
-1.2 玻尔的原子结构模型
-1.3 德布罗意的物质波假说
-第一章 量子力学的历史渊源--第1周作业
-2.1波函数
-第二章 波函数与薛定谔方程--第2周作业
-2.2 薛定谔方程
-第二章 波函数与薛定谔方程--第3周作业
-3.1一维运动问题的一般分析
-第三章 一维势场中的粒子--第4周作业
-3.2 方势阱
-3.3 δ函数势阱
-第三章 一维势场中的粒子--第5周作业
-3.4 线性谐振子
-3.5 一维散射问题
-第三章 一维势场中的粒子--第6周作业
-*3.6 δ势的穿透
-*3.7 周期性势场中的能带结构
--第三章 一维势场中的粒子--第7周作业
-4.1 算符及其运算
-第四章 力学量用算符表示--第8周作业
-4.2 厄密算符的主要性质
-第四章 力学量用算符表示--第9周作业
-4.3 动量本征函数的归一化
-4.4 角动量算符的本征值和本征态
-第四章 力学量用算符表示--第10周作业
-5.1 量子力学中的守恒量
-5.2 对称性与守恒量
-第五章 量子力学中的对称性与守恒量--第11周作业
-5.3 全同粒子系统波函数的交换对称性
-*5.4 Schrödinger图画和Heisenberg图画
-第五章 量子力学中的对称性与守恒量--第12周作业
-6.1 中心力场中粒子运动的一般性质
-*6.2 球无限深势阱
-第六章 中心力场--第13周作业
-6.3 三维各向同性谐振子
-6.4 氢原子和类氢离子
-7.1 带电粒子在电磁场中的薛定谔方程
-*7.2 朗道能级
-*7.3 阿哈罗诺夫-博姆(Aharonov-Bohm)效应