Вторая часть лекционного курса по нерелятивистской квантовой механике, страница 11

Таким образом, мы вновь приходим к уже полученному выше результату, что может служить подтверждением правильности установленного значения для ***.

ЛЕКЦИЯ 22

МОМЕНТ ИМПУЛЬСА КВАНТОВОЙ СИСТЕМЫ (продолжение)

1. Нахождение коэффициентов Клебша-Гордана

Проблема сложения моментов, как уже говорилось, не сводится к нахождению возможных суммарных величин * и *. Ее полное решение состоит в определении явного вида суперпозиции (21.25), для чего требуется найти коэффициенты ***. Эти величины носят название коэффициентов Клебша-Гордана. Для общего случая нахождение их требует весьма сложных вычислений, выходящих за рамки нашего курса. Существуют обширные таблицы этих коэффициентов, и при необходимости ими можно воспользоваться. Здесь же мы ограничимся общей формулировкой одного из подходов к вычислению этих коэффициентов и некоторыми простыми примерами.

Метод вычисления коэффициентов Клебша-Гордона, о котором пойдет речь, носит название метода "последовательного понижения". Он основан на использовании свойства оператора ***, при действии которого на волновую функцию с заданными * и *, т.е. на функцию ***, происходит ее превращение в волновую функцию с "пониженным" на единицу значением проекции момента. Это свойство выражается соотношением

(22.1)

где ** -- константа, зависящая от * и *.

Ранее мы уже видели, что аналогичное свойство оператора **, относящегося к отдельному электрону, может быть использовано для построения системы сферических гармоник *** (см. формулы (13.40)-(13.43)). Здесь мы убедимся, что это же свойство оператора ** играет важную роль в проблеме сложения моментов.

Прежде всего определим значение константы **, которым раньше мы не интересовались. Для этого воспользуемся операторным соотношением

(22.2)

являющимся аналогом формулы (13.12).

Действуя операторами, стоящими в (22.2) слева и справа, на функцию ** и учитывая, что

***

получаем

(22.3)

Умножая полученное равенство на ** и проводя интегрирование по всей области определения функций, находим

(22.4)

В этом соотношении интеграл, стоящий слева, есть не что иное, как квадрат нормы функции ***. Действительно, поскольку ***, мы имеем

(22.5)

Таким образом, равенство (22.4) может быть переписано в виде:

(22.6)

С другой стороны, согласно (22.1)

(22.7)

Отсюда с точностью до фазового множителя, который может быть включен в определение функции **, получаем

(22.9)

после чего соотношение (22.1)  приобретает вид:

(22.10)

Возвратимая теперь к разложению (21.25) и займемся вычислением коэффициентов Клебша-Гордона. Запишем формулу (21.25) для значений **, **. В этом случае для величин ** и ** имеется только одна возможность **, **, и сумма вырождается в единственное слагаемое

(22.11)

Соответствующий этому случаю единственный коэффициент Клебша-Гордона равен единице, поскольку все функции слева и справа нормированы на единицу.

Подействуем теперь на функцию (22.11) оператором ***. С учетом соотношения (22.10) находим:

(22.12)

Отсюда

(22.13)

и мы получаем следующие коэффициенты Клебша-Гордона

(22.14)

Еще два коэффициента легко найти, замечая, что для объединенной системы (1+2) функция *** выражается через те же функции ** и **, что и функция (22.13), но является к ней ортогональной. Из этого следует

(22.15)

(22.16)

Далее совершается следующий шаг: к соотношениям (22.13) и (22.15) вновь применяется "понижающий" оператор ***, что приводит к функциям *** и ***, состоящим уже из четырех слагаемых, и эта процедура, вместе с использованием условия ортогональности функций, совершается нужное число раз. Естественно, что при больших значениях ** и ** расчеты становятся чрезвычайно громоздкими, поэтому разработаны идейно более сложные, но более эффективные методы, которые приводят к замкнутым выражениям для коэффициентов Клебша-Гордана. Здесь мы их касаться не будем. Ограничимся рассмотрением простейших примеров.

1. Сложение двух спинов ***.

В этом случае суммарный спин и его проекции принимают значения

***