例题7.4
固有磁矩为 的质子, 时处于 的状态,同时进入均匀磁场 中。求 时测量 得 的几率是多少。
解:按如下步骤求解:
第一步,解定态薛定谔方程。
这是一个讨论自旋状态随时间演变的问题,故可以不顾及空间自由度。磁矩与外磁场相互作用引起一附加能量,与自旋相关的哈密顿算符为
(1)
其中, 分别为质子的电荷与质量。若令
(2)
则哈密顿算符可简化为
(3)
在 表象中,哈密顿算符是对角矩阵,已知它的解为
(4)
第二步,写出任意时刻的波函数。
依题意,知
(5)
式中, 是在 表象中 的一个本征矢,为了将其在
表象中表示出来,必须求解
满足的本征方程,即
(6)
解之得
(7)
在
表象中,初态为
(8)
于是,
时刻的波函数为
(9)
第三步,求在
态上测量
得 的几率。
将
向
的本征态展开
(10)
其中,
;
(11)
在
态上测量
得 的几率为
(12)
第四步,对上述结果进行讨论。
在 时,质子处于 的状态上,在均匀磁场的作用下,使其在
时刻以 的几率处于
的状态。
令
(13)
则
(14)
当 时,
(15)
当 时,
(16)
总之,质子进入均匀磁场后,随着时间的推移,其状态在 与 之间作周期性的“翻转”。