stringtranslate.com

3-й символ

В квантовой механике символы Вигнера 3-j , также называемые символами 3 -jm , являются альтернативой коэффициентам Клебша–Гордана для сложения угловых моментов. [1] Хотя оба подхода решают одну и ту же физическую задачу, символы 3- j делают это более симметрично.

Математическая связь с коэффициентами Клебша–Гордана

Символы 3- j задаются через коэффициенты Клебша–Гордана следующим образом:

Компоненты j и m являются квантовыми числами углового момента, т. е. каждое j (и каждое соответствующее m ) является либо неотрицательным целым числом, либо полунечетным целым числом . Показатель степени знакового множителя всегда является целым числом, поэтому он остается тем же при транспонировании влево, а обратное соотношение следует при выполнении замены m 3 → − m 3 :

Явное выражение

где находится дельта Кронекера .

Суммирование производится по тем целым значениям k, для которых аргумент каждого факториала в знаменателе неотрицателен, т.е. пределы суммирования K и N принимаются равными: нижний верхний Факториалы отрицательных чисел условно принимаются равными нулю, так что значения символа 3 j при, например, или автоматически устанавливаются равными нулю.

Определенительную связь с коэффициентами Клебша–Гордана

Коэффициенты CG определяются таким образом, чтобы выразить сложение двух угловых моментов через третий:

С другой стороны, символы 3- j представляют собой коэффициенты, с которыми необходимо сложить три момента импульса, чтобы результат был равен нулю:

Здесь представлено состояние с нулевым угловым моментом ( ). Очевидно, что символ 3- j рассматривает все три угловых момента, участвующих в задаче сложения, на равных основаниях и, следовательно, является более симметричным, чем коэффициент CG.

Поскольку состояние не изменяется при вращении, можно также сказать, что сокращение произведения трех вращательных состояний с символом 3- j инвариантно относительно вращений.

Правила отбора

Символ Вигнера 3- j равен нулю, если не выполнены все следующие условия:

Свойства симметрии

Символ 3- j инвариантен относительно четной перестановки его столбцов:

Нечетная перестановка столбцов дает фазовый множитель:

Изменение знака квантовых чисел ( обращение времени ) также дает фазу:

Символы 3- j также имеют так называемые симметрии Редже, которые не являются следствием перестановок или обращения времени. [2] Эти симметрии таковы:

С симметриями Редже символ 3- j имеет в общей сложности 72 симметрии. Они лучше всего отображаются определением символа Редже, которое является однозначным соответствием между ним и символом 3- j и предполагает свойства полумагического квадрата: [3]

где 72 симметрии теперь соответствуют 3! строкам и 3! столбцам, а также транспонированию матрицы. Эти факты можно использовать для разработки эффективной схемы хранения. [3]

Отношения ортогональности

Система из двух угловых моментов с величинами j 1 и j 2 может быть описана либо в терминах несвязанных базисных состояний (обозначенных квантовыми числами m 1 и m 2 ), либо связанных базисных состояний (обозначенных j 3 и m 3 ). Символы 3- j представляют собой унитарное преобразование между этими двумя базисами, и эта унитарность подразумевает соотношения ортогональности

Треугольная дельта { j 1  j 2  j 3 } равна 1, когда триада ( j 1 , j 2 , j 3 ) удовлетворяет условиям треугольника, и равна нулю в противном случае. Сама треугольная дельта иногда ошибочно называется [4] "3- j символом" (без m ) по аналогии с 6- j и 9- j символами, все из которых являются неприводимыми суммами 3- jm символов, где не остается m переменных.

Отношение к сферическим гармоникам; Коэффициенты Гаунта

Символы 3- jm дают интеграл произведений трех сферических гармоник [5]

с , и целыми числами. Эти интегралы называются коэффициентами Гаунта.

Связь с интегралами спин-взвешенных сферических гармоник

Аналогичные соотношения существуют для спин-взвешенных сферических гармоник, если :

Рекурсивные отношения

Асимптотические выражения

Для ненулевого 3- j символа это

где , и является функцией Вигнера . Обычно лучшее приближение, подчиняющееся симметрии Редже, дается выражением

где .

Метрический тензор

Следующая величина действует как метрический тензор в теории углового момента и также известна как символ Вигнера 1-jm : [1]

Его можно использовать для обращения времени в угловых моментах.

Особые случаи и другие свойства

Из уравнения (3.7.9) в [6]

где Pполиномы Лежандра .

Отношение к РакеВ-коэффициенты

Символы Вигнера 3- j связаны с коэффициентами Рака V [7] простой фазой:

Связь с теорией групп

В этом разделе по существу переосмысливается дефиниционное отношение на языке теории групп.

Групповое представление группы — это гомоморфизм группы в группу линейных преобразований над некоторым векторным пространством. Линейные преобразования могут быть заданы группой матриц относительно некоторого базиса векторного пространства.

Группа преобразований, оставляющая инвариантными угловые моменты, — это трехмерная группа вращений SO(3) . Когда включаются «спиновые» угловые моменты, группа является ее двойной охватывающей группой , SU(2) .

Приводимое представление — это представление, в котором можно применить изменение базиса, чтобы привести все матрицы к блочно-диагональной форме. Представление является неприводимым (irrep), если такого преобразования не существует.

Для каждого значения j 2 j +1 кетов образуют основу для неприводимого представления (irrep) SO(3)/SU(2) над комплексными числами. При наличии двух irreps тензорное прямое произведение может быть сведено к сумме irreps, что приводит к коэффициентам Клебша-Гордона, или путем сведения тройного произведения трех irreps к тривиальному irrep 1, что приводит к символам 3j.

3j символы для других групп

Символ наиболее интенсивно изучался в контексте связи углового момента. Для этого он тесно связан с теорией представления групп SU(2) и SO(3), как обсуждалось выше. Однако многие другие группы важны в физике и химии , и было проведено много работ по символу для этих других групп. В этом разделе рассматривается часть этой работы.

Просто приводимые группы

Оригинальная статья Вигнера [1] не ограничивалась SO(3)/SU(2), а вместо этого фокусировалась на просто приводимых (SR) группах. Это группы, в которых

Для групп SR каждый непересекающийся элемент эквивалентен своему комплексно сопряженному элементу, и при перестановках столбцов абсолютное значение символа остается неизменным, а фазу каждого можно выбрать так, чтобы они не более чем меняли знак при нечетных перестановках и оставались неизменными при четных перестановках.

Общие компактные группы

Компактные группы образуют широкий класс групп с топологической структурой . Они включают конечные группы с добавленной дискретной топологией и многие группы Ли .

Общие компактные группы не будут ни амбивалентными, ни свободными от кратности. Дером и Шарп [8] и Дером [9] исследовали символ для общего случая, используя связь с коэффициентами Клебша-Гордона

где — размерность пространства представления, а — комплексно-сопряженное представление к .

Исследуя перестановки столбцов символа , они выявили три случая:

Дальнейшие исследования символов для компактных групп были проведены на основе этих принципов. [11]

Солнце)

Специальная унитарная группа SU(n) — это группа Ли n × n унитарных матриц с определителем 1.

Группа SU(3) играет важную роль в теории частиц . Существует много статей, посвященных или эквивалентному символу [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19]

Символ для группы SU(4) был изучен [20] [21] , в то время как есть также работа по общим группам SU(n) [22] [23]

Кристаллографические точечные группы

Существует много работ, посвященных символам или коэффициентам Клебша-Гордона для конечных кристаллографических точечных групп и двойных точечных групп. Книга Батлера [24] ссылается на них и подробно описывает теорию вместе с таблицами.

Магнитные группы

Магнитные группы включают антилинейные операторы, а также линейные операторы. С ними нужно иметь дело, используя теорию Вигнера о корепрезентациях унитарных и антиунитарных групп . Значительное отклонение от стандартной теории представлений заключается в том, что кратность неприводимого корепрезентации в прямом произведении неприводимых корепрезентаций, как правило, меньше кратности тривиального корепрезентации в тройном произведении , что приводит к значительным различиям между коэффициентами Клебша-Гордона и символом.

Символы были рассмотрены для серых групп [25] [26] и для магнитных точечных групп [27].

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Вигнер, Э. П. (1993). «О матрицах, которые редуцируют произведения Кронекера представлений групп SR». В Вайтмане, Артур С. (ред.). Собрание сочинений Юджина Пола Вигнера . Т. A/1. С. 608–654. doi :10.1007/978-3-662-02781-3_42. ISBN 978-3-642-08154-5.
  2. ^ Редже, Т. (1958). "Свойства симметрии коэффициентов Клебша-Гордана". Nuovo Cimento . 10 (3): 544. Bibcode : 1958NCim...10..544R. doi : 10.1007/BF02859841. S2CID  122299161.
  3. ^ ab Rasch, J.; Yu, ACH (2003). «Эффективная схема хранения для предварительно рассчитанных коэффициентов Вигнера 3 j , 6 j и Гаунта». SIAM J. Sci. Comput . 25 (4): 1416–1428. doi :10.1137/s1064827503422932.
  4. ^ PES Wormer; J. Paldus (2006). "Диаграммы углового момента". Advances in Quantum Chemistry . 51. Elsevier: 59–124. Bibcode : 2006AdQC...51...59W. doi : 10.1016/S0065-3276(06)51002-0. ISBN 9780120348510. ISSN  0065-3276.
  5. ^ Cruzan, Orval R. (1962). «Трансляционные теоремы сложения для сферических векторных волновых функций». Quarterly of Applied Mathematics . 20 (1): 33–40. doi : 10.1090/qam/132851 . ISSN  0033-569X.
  6. ^ Эдмондс, Алан (1957). Угловой момент в квантовой механике . Princeton University Press.
  7. ^ Рака, Г. (1942). «Теория комплексных спектров II». Physical Review . 62 (9–10): 438–462. Bibcode : 1942PhRv...62..438R. doi : 10.1103/PhysRev.62.438.
  8. ^ Derome, JR; Sharp, WT (1965). «Алгебра Рака для произвольной группы». J. Math. Phys . 6 (10): 1584–1590. Bibcode : 1965JMP.....6.1584D. doi : 10.1063/1.1704698.
  9. ^ Derome, JR (1966). «Свойства симметрии символов 3j для произвольной группы». J. Math. Phys . 7 (4): 612–615. Bibcode : 1966JMP.....7..612D. doi : 10.1063/1.1704973.
  10. ^ Newmarch, JD (1983). «О 3j-симметриях». J. Math. Phys . 24 (4): 757–764. Bibcode :1983JMP....24..757N. doi :10.1063/1.525771.
  11. ^ Батлер, PH; Уайборн, BG (1976). «Вычисление символов j и jm для произвольных компактных групп. I. Методология». Int. J. Quantum Chem . X (4): 581–598. doi :10.1002/qua.560100404.
  12. ^ Мошинский, Маркос (1962). «Коэффициенты Вигнера для группы SU 3 и некоторые приложения». Rev. Mod. Phys . 34 (4): 813. Bibcode :1962RvMP...34..813M. doi :10.1103/RevModPhys.34.813.
  13. ^ P. McNamee, SJ; Chilton, Frank (1964). "Таблицы коэффициентов Клебша-Гордана SU 3 ". Rev. Mod. Phys . 36 (4): 1005. Bibcode :1964RvMP...36.1005M. doi :10.1103/RevModPhys.36.1005.
  14. ^ Драйер, Дж. П.; Акияма, Ёсими (1973). «Коэффициенты Вигнера и Рака для SU3» (PDF) . J. Math. Phys . 14 (12): 1904. Bibcode :1973JMP....14.1904D. doi :10.1063/1.1666267. hdl : 2027.42/70151 .
  15. ^ Акияма, Ёсими; Драйер, Дж. П. (1973). "Руководство пользователя по программам на Фортране для коэффициентов Вигнера и Рака SU 3 ". Comput. Phys. Commun . 5 (6): 405. Bibcode :1973CoPhC...5..405A. doi :10.1016/0010-4655(73)90077-5. hdl : 2027.42/24983 .
  16. ^ Бикерстафф, RP; Батлер, PH; Баттс, MB; Хаазе, R. w.; Рейд, MF (1982). "3jm и 6j таблицы для некоторых оснований SU 6 и SU 3 ". J. Phys. A . 15 (4): 1087. Bibcode :1982JPhA...15.1087B. doi :10.1088/0305-4470/15/4/014.
  17. ^ Swart de, JJ (1963). "Модель октета и ее коэффициенты Глебша-Гордана". Rev. Mod. Phys . 35 (4): 916. Bibcode :1963RvMP...35..916D. doi :10.1103/RevModPhys.35.916.
  18. ^ Derome, JR (1967). "Свойства симметрии символов 3j для SU(3)". J. Math. Phys . 8 (4): 714–716. Bibcode :1967JMP.....8..714D. doi :10.1063/1.1705269.
  19. ^ Хехт, КТ (1965). "SU 3 recoupling and partial parentage in the 2s-1d shell". Nucl. Phys . 62 (1): 1. Bibcode :1965NucPh..62....1H. doi :10.1016/0029-5582(65)90068-4. hdl : 2027.42/32049 .
  20. ^ Хехт, КТ; Панг, Синг Чинг (1969). «О схеме супермультиплета Вигнера» (PDF) . J. Math. Phys . 10 (9): 1571. Bibcode :1969JMP....10.1571H. doi :10.1063/1.1665007. hdl : 2027.42/70485 .
  21. ^ Хааке, Э. М.; Моффат, Дж. В.; Савария, П. (1976). «Вычисление коэффициентов Глебша-Гордана для SU(4)». J. Math. Phys . 17 (11): 2041. Bibcode :1976JMP....17.2041H. doi :10.1063/1.522843.
  22. ^ Baird, GE; Biedenharn, LC (1963). "О представлении полупростых групп Ли. II". J. Math. Phys . 4 (12): 1449. Bibcode :1963JMP.....4.1449B. doi :10.1063/1.1703926.
  23. ^ Baird, GE; Biedenharn, LC (1964). "О представлениях полупростых групп Ли. III. Явная операция сопряжения для SU n ". J. Math. Phys . 5 (12): 1723. Bibcode :1964JMP.....5.1723B. doi :10.1063/1.1704095.
  24. ^ Батлер, PH (1981). Приложения точечной группы симметрии: методы и таблицы . Plenum Press, Нью-Йорк.
  25. ^ Newmarch, JD (1981). Алгебра Рака для групп с симметрией относительно обращения времени (диссертация). Университет Нового Южного Уэльса.
  26. ^ Newmarch, JD; Golding, RM (1981). «Алгебра Рака для групп с симметрией обращения времени». J. Math. Phys . 22 (2): 233–244. Bibcode :1981JMP....22..233N. doi :10.1063/1.524894. hdl : 1959.4/69692 .
  27. ^ Коцев, Дж. Н.; Аройо, МИ; Ангелова, М. Н. (1984). «Таблицы спектроскопических коэффициентов для симметрии магнитной точечной группы». J. Mol. Structure . 115 : 123–128. doi :10.1016/0022-2860(84)80030-7.

Внешние ссылки