则有
(8.3.14)
利用定积分公式
(8.3.15)
得到
(8.3.16)
将径向部分和角度部分的积分值代回矩阵元的表达式,得到
(8.3.17)
由微扰算符的厄米性质可知
(8.3.18)
由于
本征函数的正交性可知,量子数 不同的态之间的10个矩阵元显然都为零。于是,能量一级修正满足的久期方程为
(8.3.19)
由于,此行列式是准对角的,展开后容易得到
(8.3.20)
解上式得到四个解,它们分别为
可见,在外电场中,氢原子的第一激发态的能级劈裂成三条,此即氢原子的一级斯塔克效应。如图8.1所示。
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图8.1
一级斯塔克效应
将四个能量的一级修正分别代回本征方程,利用波函数的归一化条件,可以得到零级波函数,这里直接给出结果如下:
(8.3.22)
(8.3.23)
(8.3.24)
(8.3.25)
显然,加上微扰之后,能级仍然存在二度简并。原因很简单,因为微扰算符只含有与
角度相关的项,所以,只能破坏关于
角度的对称性,关于
角度的对称性仍然存在,故简并不能完全消除。
应该特别说明的是:在应用微扰论处理问题时,通常选用无微扰哈密顿算符的本征矢作为基底,基底的排列顺序(俗称编号)并不影响最后的结果,因此,原则上基底的编号是可以任意选取的。但是,如果排列得当,可能使行列式成为准对角形式的,计算会变得简单。