symbol 3-j

W mechanice kwantowej symbole Wignera 3-j , zwane także symbolami 3 -jm , stanowią alternatywę dla współczynników Clebscha-Gordana w celu dodania momentu pędu. Podczas gdy oba podejścia dotyczą dokładnie tego samego problemu fizycznego, symbole 3- j robią to bardziej symetrycznie.

Matematyczny związek ze współczynnikami Clebscha-Gordana

3- j są podane w postaci współczynników Clebscha-Gordana przez

Składowe j i m są liczbami kwantowymi momentu pędu, tj. każde j (i każde odpowiadające mu m ) jest albo nieujemną liczbą całkowitą, albo połową nieparzystą liczbą całkowitą . Wykładnik czynnika znaku jest zawsze liczbą całkowitą, więc pozostaje taki sam po transpozycji w lewo, a po podstawieniu następuje zależność odwrotna m 3 → − m 3 :

Związek definicyjny ze współczynnikami Clebscha-Gordana

Współczynniki CG są zdefiniowane w taki sposób, aby wyrazić dodanie dwóch momentów pędu w kategoriach trzeciego:

3- j to współczynniki, z którymi należy dodać trzy momenty pędu, aby wypadkowa wynosiła zero:

tutaj jest stanem zerowego momentu pędu ( ). Jest oczywiste, że symbol 3- j traktuje wszystkie trzy momenty pędu biorące udział w problemie dodawania na równej stopie i dlatego jest bardziej symetryczny niż współczynnik CG.

Od stanu nie zmienia się przez obrót, mówi się również, że skrócenie iloczynu trzech stanów obrotowych o symbolu 3- j jest niezmienne przy obrotach.

Zasady selekcji

Wignera 3- j wynosi zero, chyba że spełnione są wszystkie te warunki:

Właściwości symetrii

3- j jest niezmienny przy parzystej permutacji jego kolumn:

Nieparzysta permutacja kolumn daje współczynnik fazy:

Zmiana znaku liczb kwantowych ( odwrócenie czasu ) również daje fazę:

3- j mają również tak zwane symetrie Regge, które nie wynikają z permutacji ani odwrócenia czasu. Te symetrie to:

W przypadku symetrii Regge symbol 3- j ma łącznie 72 symetrie. Najlepiej ilustruje to definicja symbolu Regge, który jest odpowiednikiem jeden do jednego między nim a symbolem 3- j i przyjmuje właściwości półmagicznego kwadratu:

przy czym 72 symetrie odpowiadają teraz 3! rząd i 3! wymiany kolumn plus transpozycja macierzy. Fakty te można wykorzystać do opracowania skutecznego schematu przechowywania.

Relacje ortogonalności

Układ dwóch momentów pędu o wielkościach j 1 i j 2 można opisać albo w kategoriach niezwiązanych stanów bazowych (oznaczonych liczbami kwantowymi m 1 i m 2 ), albo sprzężonych stanów bazowych (oznaczonych przez j 3 i m 3 ). Symbole 3- j stanowią jednolitą transformację między tymi dwiema bazami, a ta jedność implikuje relacje ortogonalności

Trójkątna delta    { j 1 j 2 j 3 } jest równa 1, gdy triada ( j 1 , j 2 , j 3 ) spełnia warunki trójkąta i jest zerowa w przeciwnym razie. Sama trójkątna delta jest czasami myląco nazywana „symbolem 3- j ” (bez m ) w analogii do symboli 6- j i 9- j , z których wszystkie są nieredukowalnymi sumami symboli 3- jm , w których nie pozostaje żadne m zmiennych.

Związek z harmonicznymi sferycznymi; Współczynniki chudego

3- jm oznaczają całkę iloczynów trzech harmonicznych sferycznych

z , i liczbami całkowitymi. Całki te nazywane są współczynnikami Gaunta.

Związek z całkami harmonicznych sferycznych ważonych spinem

Podobne relacje istnieją dla sferycznych harmonicznych ważonych spinem, jeśli :

Relacje rekurencji

Wyrażenia asymptotyczne

l niezerowy 3- j symbol

gdzie i jest funkcją Wignera . Ogólnie lepsze przybliżenie zgodne z symetrią Regge'a podaje wzór

gdzie .

Tensor metryczny

Następująca wielkość działa jako tensor metryczny w teorii momentu pędu i jest również znana jako symbol Wignera 1-jm :

Można go użyć do odwrócenia czasu na momentach pędu.

Przypadki specjalne i inne właściwości

Z równania (3.7.9) w

gdzie P to wielomiany Legendre'a .

Stosunek do współczynników Racah V

Wignera 3- j są powiązane ze współczynnikami Racah V przez prostą fazę:

Związek z teorią grup

Ta sekcja zasadniczo przekształca relację definicyjną w języku teorii grup.

Grupowa reprezentacja grupy jest homomorfizmem grupy w grupę przekształceń liniowych w pewnej przestrzeni wektorowej. Przekształcenia liniowe mogą być dane przez grupę macierzy względem jakiejś bazy przestrzeni wektorowej.

Grupą przekształceń pozostawiających niezmienny moment pędu jest trójwymiarowa grupa rotacji SO(3) . Gdy uwzględnione są „spinowe” momenty pędu, grupa jest jej podwójną grupą pokrywającą , SU(2) .

Reprezentacja redukowalna to taka, w której można zastosować zmianę podstawy, aby doprowadzić wszystkie macierze do postaci przekątnej bloku. Reprezentacja jest nieredukowalna (irrep), jeśli taka transformacja nie istnieje.

Dla każdej wartości j 2 j +1 kets tworzą podstawę dla nieredukowalnej reprezentacji (irrep) SO(3)/SU(2) na liczbach zespolonych. Biorąc pod uwagę dwa nierepsy, iloczyn bezpośredni tensora można zredukować do sumy nierepsów, co daje współczynniki Clebcsha-Gordona lub przez redukcję potrójnego iloczynu trzech nierepsów do trywialnego nierepsu 1 , co daje początek symbolom 3j.

3j symbole dla innych grup

Symbol był najintensywniej badany w kontekście sprzężenia W tym celu jest silnie powiązany z teorią reprezentacji grupowej grup SU(2) i SO(3), jak omówiono powyżej. wiele innych grup ma znaczenie w i chemii i poświęcono wiele pracy nad symbolem tych innych grup W tej sekcji omówiono niektóre z tych prac.

Po prostu redukowalne grupy

Oryginalny artykuł Wignera nie ograniczał się do SO(3)/SU(2), ale skupiał się na grupach łatwo redukowalnych (SR). Są to grupy, w których

  • wszystkie klasy są ambiwalentne, tj. jeśli jest członkiem klasy, to tak samo jest
  • iloczyn Kroneckera z dwóch powtórzeń jest wolny od krotności, tj. nie zawiera żadnych powtórzeń więcej niż jeden raz.

Dla grup SR każdy nierep jest równoważny jego zespolonemu koniugatowi, a przy permutacjach kolumn wartość bezwzględna symbolu jest niezmienna, a fazę każdego można wybrać tak, aby co najwyżej zmieniały znak przy nieparzystych permutacjach i pozostawały niezmienione przy parzystych permutacje.

Ogólne grupy zwarte

Grupy zwarte tworzą szeroką klasę grup o strukturze topologicznej . Obejmują one grupy skończone z dodaną topologią dyskretną oraz wiele grup Liego .

Ogólne zwarte grupy nie będą ani ambiwalentne, ani wolne od wielości. Derome i Sharp and Derome zbadali symbol dla przypadku ogólnego, używając relacji do współczynników Clebscha-Gordona

gdzie jest wymiarem przestrzeni reprezentacji jest złożoną reprezentacją koniugatu .

Badając permutacje kolumn trzy przypadki

  • jot wówczas można wybrać jako niezmienny w dowolnej permutacji swoich kolumn
  • jeśli dokładnie dwa są równoważne, to transpozycje jego kolumn można wybrać tak, aby niektóre symbole były niezmienne, a inne zmieniały znak. Podejście wykorzystujące wieniec grupy z odpowiadają one reprezentacjom lub [ 1 grupy symetrycznej . permutacje pozostawiają .
  • jeśli wszystkie trzy są równoważne, zachowanie zależy od reprezentacji grupy symetrycznej . Reprezentacje grupy odpowiadające kolumn, co odpowiada , podczas gdy para dwuwymiarowa reprezentacja zgodnie z

Dalsze badania nad symbolami grup zostały przeprowadzone w oparciu o te

Słońce)

Specjalna grupa unitarna SU(n) to grupa Liego macierzy unitarnych n × n z wyznacznikiem 1.

Grupa SU(3) jest ważna w teorii cząstek elementarnych . wiele artykułów dotyczących symbolu równoważnego

symbol grupy SU (4), podczas gdy trwają również prace nad ogólnymi grupami SU (n) 3 jot {\

Grupy punktów krystalograficznych

Istnieje wiele artykułów dotyczących symboli lub -Gordona dla skończonych grup punktów krystalograficznych i punktów podwójnych. Książka Butlera odwołuje się do nich i szczegółowo opisuje teorię wraz z tabelami.

Grupy magnetyczne

Grupy magnetyczne obejmują operatory antyliniowe, jak również operatory liniowe. Trzeba się z nimi uporać, korzystając z teorii współprzedstawień grup unitarnych i antyunitarnych Wignera . Znaczącym odejściem od standardowej teorii reprezentacji jest to, że wielość nieredukowalnej rdzeniowej reprezentacji nieredukowalnych rdzeniowych reprezentacji jest generalnie mniejsze niż krotność trywialnej reprezentacji rdzenia w potrójnym produkcie , różnic między współczynnikami Clebscha-Gordona a symbolem.

Symbole zostały zbadane pod kątem grup szarych i grup punktów magnetycznych jot {

Zobacz też

  1. ^ a b c   Wigner, EP (1993). „O macierzach, które redukują produkty Kroneckera reprezentacji grup SR”. W Wightman, Arthur S. (red.). Dzieła zebrane Eugene'a Paula Wignera . Tom. A/1. s. 608–654. doi : 10.1007/978-3-662-02781-3_42 . ISBN 978-3-642-08154-5 .
  2. ^   Regge, T. (1958). „Właściwości symetrii współczynników Clebscha-Gordana”. Nowe Cimento . 10 (3): 544. Bibcode : 1958NCim...10..544R . doi : 10.1007/BF02859841 . S2CID 122299161 .
  3. ^ ab Rasch , J.; Yu, ACH (2003). „Wydajny schemat przechowywania dla wstępnie obliczonych współczynników Wignera 3 j , 6 j i chudego”. SIAM J. Sci. Oblicz . 25 (4): 1416–1428. doi : 10.1137/s1064827503422932 .
  4. ^    PES Wormer; J. Paldus (2006). „Diagramy momentu pędu”. Postępy w chemii kwantowej . Elsevier. 51 : 59–124. Bibcode : 2006AdQC...51...59W . doi : 10.1016/S0065-3276(06)51002-0 . ISBN 9780120348510 . ISSN 0065-3276 .
  5. ^   Cruzan, Orval R. (1962). „Twierdzenia o dodawaniu translacyjnym dla sferycznych wektorowych funkcji falowych” . Kwartalnik Matematyki Stosowanej . 20 (1): 33–40. doi : 10.1090/qam/132851 . ISSN 0033-569X .
  6. ^ Edmonds, Alan (1957). Moment pędu w mechanice kwantowej . Wydawnictwo Uniwersytetu Princeton.
  7. ^ Racah, G. (1942). „Teoria złożonych widm II”. Przegląd fizyczny . 62 (9–10): 438–462. Bibcode : 1942PhRv...62..438R . doi : 10.1103/PhysRev.62.438 .
  8. ^ Derome, JR; Ostry, WT (1965). „Algebra Racah dla grupy arbitralnej”. J. Matematyka. fizyka . 6 (10): 1584-1590. Bibcode : 1965JMP.....6.1584D . doi : 10.1063/1.1704698 .
  9. ^ Derome, JR (1966). „Właściwości symetrii symboli 3j dla dowolnej grupy”. J. Matematyka. fizyka . 7 (4): 612–615. Bibcode : 1966JMP.....7..612D . doi : 10.1063/1.1704973 .
  10. ^ Newmarch, JD (1983). „O symetriach 3j”. J. Matematyka. fizyka . 24 (4): 757–764. Bibcode : 1983JMP....24..757N . doi : 10.1063/1.525771 .
  11. Bibliografia _ Wybourne, BG (1976). „Obliczanie j i jm dla dowolnych grup zwartych. I. Metodologia”. Int. J. Quantum Chem . X (4): 581–598. doi : 10.1002/qua.560100404 .
  12. ^ Moshinsky, Marcos (1962). „Współczynniki Wignera dla grupy SU 3 i niektórych zastosowań”. Wielebny Mod. fizyka . 34 (4): 813. Bibcode : 1962RvMP...34..813M . doi : 10.1103/RevModPhys.34.813 .
  13. ^ P. McNamee, SJ; Chilton, Frank (1964). „Tabele współczynników Clebscha-Gordana SU 3 ”. Wielebny Mod. fizyka . 36 (4): 1005. Bibcode : 1964RvMP...36.1005M . doi : 10.1103/RevModPhys.36.1005 .
  14. ^ Draayer, JP; Akiyama, Yoshimi (1973). „Współczynniki Wignera i Racaha dla SU 3 (PDF) . J. Matematyka. fizyka . 14 (12): 1904. Bibcode : 1973JMP....14.1904D . doi : 10.1063/1.1666267 . hdl : 2027.42/70151 .
  15. Bibliografia _ Draayer, JP (1973). „Przewodnik użytkownika po programach fortran dla współczynników Wignera i Racaha SU 3 ”. Oblicz. fizyka Komuna . 5 (6): 405. Bibcode : 1973CoPhC...5..405A . doi : 10.1016/0010-4655(73)90077-5 . hdl : 2027.42/24983 .
  16. Bibliografia _ Butler, PH; niedopałki, MB; Haase, Rw; Reid, MF (1982). „Tabele 3jm i 6j dla niektórych podstaw SU 6 i SU 3 ”. J. Fiz. A. _ 15 (4): 1087. Bibcode : 1982JPhA...15.1087B . doi : 10.1088/0305-4470/15/4/014 .
  17. ^ Swart de, JJ (1963). „Model oktetu i jego współczynniki Glebscha-Gordana” . Wielebny Mod. fizyka . 35 (4): 916. Bibcode : 1963RvMP...35..916D . doi : 10.1103/RevModPhys.35.916 .
  18. ^ Derome, JR (1967). „Właściwości symetrii symboli 3j dla SU (3)” . J. Matematyka. fizyka . 8 (4): 714–716. Bibcode : 1967JMP.....8..714D . doi : 10.1063/1.1705269 .
  19. ^ Hecht, KT (1965). „Ponowne sprzęganie SU 3 i ułamkowe pochodzenie w powłoce 2s-1d”. jądrowy fizyka . 62 (1): 1. Bibcode : 1965NucPh..62....1H . doi : 10.1016/0029-5582(65)90068-4 . hdl : 2027.42/32049 .
  20. Bibliografia _ Pang, Śpiewaj Ching (1969). „O schemacie supermultipletów Wignera” (PDF) . J. Matematyka. fizyka . 10 (9): 1571. Bibcode : 1969JMP....10.1571H . doi : 10.1063/1.1665007 . hdl : 2027.42/70485 .
  21. Bibliografia _ Moffat, JW; Savaria, P. (1976). „Obliczenie współczynników SU (4) Glebscha-Gordana”. J. Matematyka. fizyka . 17 (11): 2041. Bibcode : 1976JMP....17.2041H . doi : 10.1063/1.522843 .
  22. Bibliografia _ Biedenharn, LC (1963). „O reprezentacji półprostych grup kłamstw. II”. J. Matematyka. fizyka . 4 (12): 1449. Bibcode : 1963JMP.....4.1449B . doi : 10.1063/1.1703926 .
  23. Bibliografia _ Biedenharn, LC (1964). „O reprezentacjach półprostych grup Liego. III. Wyraźna operacja koniugacji dla SU n ”. J. Matematyka. fizyka . 5 (12): 1723. Bibcode : 1964JMP.....5.1723B . doi : 10.1063/1.1704095 .
  24. ^ Butler, PH (1981). Zastosowania symetrii grup punktów: metody i tabele . Plenum Press, Nowy Jork.
  25. ^ Newmarch, JD (1981). Algebra Racah dla grup z symetrią odwrócenia czasu (praca dyplomowa). Uniwersytet Nowej Południowej Walii.
  26. Bibliografia _ Golding, RM (1981). „Algebra Racah dla grup z symetrią odwrócenia czasu”. J. Matematyka. fizyka . 22 (2): 233–244. Bibcode : 1981JMP....22..233N . doi : 10.1063/1.524894 . hdl : 1959.4/69692 .
  27. ^ Kotsev, JN; Aroyo, MI; Angelova, MN (1984). „Tabele współczynników spektroskopowych dla symetrii grup punktów magnetycznych”. J. Mol. Struktura . 115 : 123–128. doi : 10.1016/0022-2860(84)80030-7 .

Linki zewnętrzne