La normalizzazione della funzione d'onda di una particella relativistica di spin 0

sabato, Maggio 1st, 2021

funzione d'onda di una particella relativistica di spin 0,equazione di Klein-Gordon


Riscriviamo l'equazione di Klein-Gordon e il relativo problema di Cauchy:


dove le funzioni che definiscono i valori iniziali, sono scelte ad arbitrio. Tale arbitrarietà distrugge la positività della densità di probabilità

nel senso che tale funzione può essere positiva/negativa o nulla. Prima di reinterpretare la grandezza ρ, osserviamo che tale problema nasce dall'ordine dell'equazione di K-G rispetto alla derivata temporale. Per quanto visto in precedenza, è possibile ridurre di una unità il predetto ordine, definendo due nuove funzioni:


Eseguendo i dovuti passaggi si perviene al sistema di equazioni differenziali

Qui le condizioni iniziali sono

Il sistema può essere scritto in forma operatoriale

in cui abbiamo definito l'operatore hamiltoniano


avendo introdotto le matrici

Prima di scrivere le soluzioni dell'equazione differenziale operatoriale del tipo Schrödinger, osserviamo che lo spazio di Hilbert associato al sistema è




Riduzione dell'ordine di una PDE

venerdì, Aprile 30th, 2021

equazione di Klein-Gordon,equazione differenziale alle derivate parziali


Prima di continuare facciamo alcune osservazioni, in quanto il procedimento utilizzato da Pauli e Weisskopf nel raggirare il problema del segno della densità di probabilità ρ, è matematicamente implementato da un artificio che abbassa di una unità l'ordine di derivazione parziale rispetto alla variabile temporale. Tale artificio potrebbe essere qualcosa di profondo (e infatti, permette di definire un nuovo ente fisico: l'antiparticella) o al contrario, rappresentare una forzatura nel senso che comunque prendiamo un'equazione differenziale del tipo di Klein-Gordon esiste una trasformazione che scinde tale equazione in un sistema di due equazioni differenziali del primo ordine rispetto alla derivata temporale. Per mostrare ciò, non consideriamo nemmeno la Klein-Gordon bensì l'equazione di D'Alembert:


dove per semplicità consideriamo una sola dimensione spaziale. Come è noto, le condizioni iniziali che determinano univocamente una soluzione sono:

Nulla ci impedisce assumere la grandezza vibrante &pshi; quale elemento dello spazio di Hilbert L²(R) in modo da conservare l'aderenza alla Meccanica quantistica. Ora consideriamo un'equazione differenziale per la medesima grandezza ma del tipo Schrödinger:

Il lettore attento capirà al volo che è l'equazione di Schrödinger della particella libera in regime non relativistico (ovviamente!). Poniamo

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