Spin–Orbit Interaction

Consider in three dimensions an electron in a harmonic oscillator potential which is perturbed by the spin–orbit interaction

(i)

(ii)

(iii)

(iiii)

a) What are the eigenvalues of the ground state and the lowest excited states of the three-dimensional harmonic oscillator?

b) Use perturbation theory to estimate how these eigenvalues are altered by the spin–orbit interaction.

SOLUTION

a) In three dimensions the lowest eigenvalue of the harmonic oscillator is (3/2)hω, which can be viewed as hω/2 from each of the three dimensions. The ground state has s-wave symmetry. The lowest excited states have eigenvalue (5/2)hω. There are three of them. They have p-wave symmetry and are the states L = 1 and M_L = (1,0, -1).

b) In the spin–orbit interaction we take the derivative ∂V/∂r and find

(1)

(2)

The matrix element ∆ is a constant, which simplifies the calculation. We evaluate the factor L . S by defining the total angular momentum J as

(3)

(4)

(5)

(6)

For the ground state of the harmonic oscillator, L = 0 and J = S = 1/2. The above expectation value of L . S is zero. The ground state is unaffected by the spin–orbit interaction, although it is affected by relativistic corrections as well as by other states.

The first excited states have L = 1, S = 1/2 so that J = 3/2, 1/2. For J = 3/2 we find that

(7)

For J = 1/2 we find that

(8)

اخر الاخبار

اخبار العتبة العباسية المقدسة

العتبة العباسية المقدسة تواصل تنظيم مجالس العزاء الصباحية بذكرى زيارة عاشوراء

مواكب العزاء تستذكر في التاسع من شهر المحرم شهادة عبدالله الرضيع بن الحسين (عليهما السلام)

العتبة العباسية المقدسة تستذكر تضحيات القاسم بن الحسن (عليهما السلام)

شعبة الحرم الشريف تواصل تنفيذ خطتها الخاصة بشهر المحرّم داخل مرقد أبي الفضل العباس (عليه السلام)

المزيد

الآخبار الصحية

لهذا السبب.. إغلاق 25 مركزًا لعلاج الإدمان في مصر ؟

خلافا للاعتقاد الشائع.. علماء يكشفون أسرار بذور البطيخ ؟!

هذا ما يحدث لجسمك عند تناولك الطماطم بانتظام !

تعرف على أطعمة تسرّع "تعافي الجسم" من حروق الشمس

المزيد

الآخبار التكنلوجية

الثلوج تغطي الصحراء الأكثر جفافا في العالم!

بتلسكوب "ألما".. التقاط صورا غير مسبوقة لبدايات الكون !

هل هاتفك مراقب؟.. 5 علامات خطيرة تكشف التجسس عليك

دبي تطلق أول رحلة تجريبية للتاكسي الجوي

المزيد

مواضيع ذات صلة

جسيمات التماثل الفائق الفوتينوات ، سكواركات ..المادة الظل.. الأكسيونات ..إلخ .

ريادةالانسان للفضاء -قدرة الله في خلق الطيور(كيف الهمت الطيور الانسان )

التجريبية المنطقية وميكانيكا الكم: رؤية كاسيرر بين العلم والفلسفة

المفاهيم الفيزيائية بين الدقة العلمية والتأويل الفلسفي

"توحيد العلوم عبر استبعاد الميتافيزيقا

إرنست ماخ: توحيد الفيزياء عبر الإدراكات الحسية واستبعاد الميتافيزيقا

"الفيزياء بين الكلاسيكية والكم: من حتمية الأشياء إلى نسبية القوانين"

قوانين البقاء في الفيزياء The Conservation Laws of Physics

من كاسيرر إلى ميكانيكا الكم: تطور مفهوم السببية في الفيزياء والفلسفة

نظرة فلسفية لميكانيكا الكم: هل يمكن فهم الحياة بمفاهيم الفيزياء؟

الطول والزمن في النسبية: التحدي الفيزيائي للفلسفة التقليدية

نسبية الطول بين الفيزياء والفلسفة: أينشتاين في مواجهة فالين