(5666) חלקיק בקופסא דו-מימדית עם מדרגת פוטנציאל 2016A

אלקטרון בעל מסה \( M \) מצוי בתוך קופסא דו מימדית \( |x|<a, \ \ |y|<b \) .
בתוך הקופסא יוצרים מדרגת פוטנציאל \( V(x)=\frac{1}{2}V_0 \ \text{sgn}(x) \) .
בשאלה זו עליך לקחת בחשבון אינטראקצית ספין-מסילה. יחידות \( c=1, \ e=1, \ g\approx2 \)

(1) רשום את ההמילטוניאן באמצעות אופרטורי המקום והתנע, ואופרטור הספין \( \sigma_z \)

(2) רשום את המצבים העצמיים הבלתי-מופרעים \( |n,m\rangle \) בבסיס הסטנדרטי.

(3) רשום ביטוי עבור אלמנטי המטריצה \( \langle n,m|V(x)|1,1\rangle \)

(4) חשב את התיקון מסדר-שני של אנרגית מצב היסוד שנובע מהאינטראקציה האלקטרוסטטית

(5) אילו מצבים עצמיים אינם מושפעים מאינטרקצית ספין-מסילה?

(6) חזור על סעיף (3) עבור אינטראקצית ספין-מסילה.

(7) חזור על סעיף (4) עבור אינטראקצית ספין-מסילה.

טיפ: השתמש בתשובותיך בסימונים הבאים:
\( \text{SIN}_{\nu}(\theta)=cos(\nu\theta) \ \text{for} \ \nu=1,3,... \)
\( \text{SIN}_{\nu}(\theta)=sin(\nu\theta) \ \text{for} \ \nu=2,4,... \)
\( c_{\nu} = \int_0^{\pi/2}\sin(\nu\theta)\cos(\theta) d\theta \)
מצב הספין \( \sigma_z \) הוא "מספר קוונטי טוב" - התיחסות אליו נדרשת רק בתשובה לסעיף 6.
התשובה לסעיפים (4) ו-(7) היא טור. יש לציין בברור על מה מתבצע הסכום.