(7680) דעיכת גאמוב מתוך טבעת 2011B

חלקיק בעל מסה \( M \) כלוא בתוך התקן חד מימדי שאורכו \( L_0 \) .
אל ההתקן החד מימדי ניתן להתיחס כאל "בור פוטנציאל" \( (0<x<L_0) \) עם תנאי שפה אפס בקצוות.
מכינים את החלקיק באחת מרמות האנרגיה \( E_n \) באשר \( n=1,2,3,4... \) .
מהירות החלקיק בתוך הבור מוגדרת באמצעות הביטוי \( v_n=(2E_n/M)^{1/2} \) .
החלקיק יכול לברוח אל מצבי \( k \) של מוליך חד מימדי ארוך מאוד.
אופן הצימוד של ההתקן אל המוליך מתואר בשרטוט.
אל נקודת החיבור נתייחס כאל "מחסום דלתא" \( V(r)=u\delta(r) \) .
אלמנטי המטריצה של הצומת הם \( V_{nk} = -\frac{1}{4M^2 u} [\partial \psi^{(n)}] [\partial \psi^{(k)}] \) ,
באשר \( \partial \) היא הניגזרת בכיוון הרדיאלי (הקואורדינטה \( r \) מכוונת מהצומת כלפי חוץ).
מקדמי המעבר ( transmission ) של נקודת החיבור הם \( g_1, g_2 \ll 1 \) .
להלן יש להביע את כל התשובות באמצעות \( (L_0, M, v_n, g_1,g_2) \) .

device

(1) שאלה מקדימה: רשום מה הן רמות האנרגיה \( E_n \) ופונקציות הגל העצמיות \( \psi^{(n)}(x) \) .

(2) רשום ביטוי מפורש עבור אלמנטי המטריצה \( V_{nk} \) בין מצבי ההתקן לבין מצבי המוליך.

(3) רשום ביטוי מפורש עבור צפיפות מצבי האנרגיה \( (dN/dE) \) בתוך המוליך הארוך.

(4) מצא את קבוע הדעיכה \( \Gamma_n \) של כל אחד מהמצבים.

(5) הכלל את הנוסחא למקרה שבו יש שטף מגנטי \( \Phi \) דרך הטבעת. הנח שמטען החלקיק הוא e.

הדרכה + רמזים:
בסעיף (2) הנח \( g_2=0 \) . בנוסף הנח \( E_k \approx E_n = (1/2)Mv_n^2 \) .
בשלבי הביניים ניתן להניח שאורך המוליך הארוך הוא \( L \) (סופי),
אך בתשובה הסופית של סעיף (4) נתון זה אמור "להצטמצם".
הנוסחא לעבירות של מחסום דלתא גדול מאוד היא \( g \approx (v_n/u)^2 \) .
סעיף (5) לא דורש עבודה אלגברית נוספת אלא הבנה פיסיקלית בלבד.