例题8.3
耦合谐振子的哈密顿算符为
若
,试用微扰论求其第一低激发态的能级与本征函数。
解:若选
(1)
则
(2)
已知 的本征解为
(3)
令
(4)
则零级近似能量本征值可写成
(5)
为了看清能级的简并情况,将 与
的关系列在下面:
(6)
显然,第
能级的简并度
(7)
第一激发态是 ,简并度为
。在简并子空间中,相应的零级近似解为
(8)
能量一级修正满足的本征方程为
(9)
相应的久期方程为
(10)
利用公式
(11)
式中,
(12)
可以求出微扰矩阵元
(13)
而
(14)
将(13)和(14)的矩阵元代入久期方程(10),得到
(15)
显然,能量一级修正已使第一激发态的能级劈裂成两条能级,即将二度简并完全消除。
为了求出近似本征矢,将 代回本征方程
(16)
得到
(17)
由归一化条件可知
(18)
于是,得到相应的零级本征矢为
(19)
同理可得, 相应的零级本征矢为
(20)