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param`etre de couplage qui nous permettra d'ordonner les calculs (on pourra prendre Le spin de l'électron vaut S = 1/2 et donc ms = ±1/2.
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A. Les postulats de la mécanique quantique (rappels) B. Couplage spin-orbite (structure fine II) et Structure hyperfine.
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singulet. (spin total 0). 2. La structure hyperfine de l'atome d'hydrogène. (niveau fondamental). L'interaction magnétique électron - proton. Rappel de
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Chapitre 4 Particule de spin 1/2
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1.3. DESCRIPTION QUANTIQUE D'UN SYSTÈME MACROSCOPIQUE. 13. 1.3.2 Exemple du système de N spins 1/2 indépendants. ? Rappels sur le spin 1/2.
![Chapitre 4 Particule de spin 1/2 Chapitre 4 Particule de spin 1/2](https://pdfprof.com/Listes/16/20495-16cours_chap4.pdf.pdf.jpg)
Ry()jzi=sin2
j+zi+ cos2 j zi hRy()(????jz>)cos2
sin2 sin 2 cos2 exp i~ ^Sy dd ^Ry() =0=i~ ^Sy? ???? ?????Sy=i~dd
^Ry() =0=~2 y; y:=0i i0|+ >z z|s >θ|s >θ
|- >z|+ > zθθ/2 xz 3 2Ry(4)j+z>=j+z>
Ry(2) =^??;^Ry(4) =^??:
z|+ >-Spin Flipper
^Ry()????? ? ???? ?8;^Ry() = expi~
^Sy8;^Rx() = expi~
^Sx ^Rz() = expi~ djs>d i^Sy~ js>;????js>=^Ry()j+z> ?? ?? ???? ???? ??? ????x;z?Sx;y;z(????jz>)~2
x;y;z; x=0 1 1 0 y=0i i0 z=1 0 01Sxj+xi= +~2
j+xi;^Sxjxi= ~2 j xi;??? ????y;z ^Sx?????? ??? ? j+xi=1p2 (j+zi+jzi);jxi=1p2 (j+zi jzi) ^Sy? j+yi=1p2 (j+zi+ijzi);jyi=1p2 ~S:=^Sx;^Sy;^Sz Sy=i~ d^Ry()d =0=i~12 sin2 12 cos2 12 cos2 12 sin2 =0=~2 0i i0 =~2 y ?????z? ????xR ( ) xy|s >R ( ) yz z )^Ry()j+z>? ????? ^Rx()6=^Rz(2 )^Ry()? ? ??????? ??? ??????j+y>??Sx=^Rz(2
)^Sy^Rz(+2 Rz(2 ) = exp i^Sz(=2)~ =ei=40 0ei=4 Sx=~2 ei=400ei=40i
i0 ei=400e+i=4
=~2 0 1 js;'>=^Rz(')^Ry()j+z> js;'>=ei'=2cos(=2)j+z>+ei'=2sin(=2)jz>Ry()j+z>= cos2
j+zi+ sin2 j ziRz(')jzi= exp
i'^Sz~ j zi= exp (i)'2 j zi ~S2?S2=~234
^I 24(3)??? ~S2j >=j >??? ??????? ?????? ??j 0>=^Rj >? ?????~S2j 0>=~S2^Rj >= js >=aj+z>+bjz>2 Hspin; a;b2C js >? ~s=D^~SE ~s=8 >:s x=
Re(z)?
θSphère de la direction du spin
Plan complexe z=a/b(rayon 1/2)
2R3?? ??? ??????
θ/2 θ/2s
1/2 z/2 z
xz z z ????^Rz(')? j i=aj+zi+bjzi ???k~sk=~2 ?????? ?? ???????~s= (sx;sy;sz)2R3? [ ] =fj 0>;???? ???92C;j 0>=j >g: ^Rx()Rx()^Ry()6=^Ry()^Rx()
?????? ??? ???h^Rx();Ry()i =^Rx()^Ry()^Ry()^Rx()6= 0? (Ry())1(Rx())1Ry()Rx() =I~2h^Sy;^Sxi
+o(2;2;) yz R 1 R 2x Ry R R1=Rx(2
)Ry(2 )6=R2=Ry(2 )Rx(2 )RxR yR x R y-1 -1 ^Rx() = exp i^Sx=~ = exp(A)'1 +A+12A2+o(2)
^Rx()1= exp
i^Sx()=~ = exp(A)'1A+12A2+o(2)
^Ry()? ????? R yRx=1 +B+12
B21 +A+12
A2 = 1 +A+B+BA+12 A2+12B2+:::
R1yR1x= 1AB+BA+12
A2+12B2+:::
R1yR1xRyRx= 1A+AB+BA2ABBAB2+BA+BA+A2+B2+o(2;2;)
= 1 +BAAB+:::= 1 + [B;A] +::: =I~2h^Sy;^Sxi
h^Sx;^Syi =^Sx^Sy^Sy^Sx=i~^Sz??????? h ^Sy;^Szi =i~^Sx; h^Sz;^Sxi =i~^SySx^Sy^Sy^Sx~2
20 1 1 0 0i i0 ~2 20i i0 0 1 1 0 ~2 2 2i1 0 01 i~^Sz R1y()R1x()Ry()Rx() =I+i~
^Sz+o(2;2;) =Rz() +o(2;2;) R ?????? ?? ?????z? RS~u=~u:^~S=ux^Sx+uy^Sy+uz^Sz~2
(~u:~)??????? ???? ?? ?????2R??R~u() = exp
i^S~u~ = 0???? Tr^Sx =Tr^Sy =Tr^Sz eSU(2)?
S~U=Ux^Sx+Uy^Sy+Uz^Sz=~U^:~S2 R;~U= (Ux;Uy;Uz)2R3
1i h^S~U;^S~Vi2 R???? ????~U;~V2R3?
1i~h^S~U;^S~Vi
=^S~U^~VR~U= exp
i~ ^S~U = exp i~ ^S~u ^R~u() ^R~u(0) =Id:??????? ??????^R~u() M ~u() =h+j^R+i h+j^Ri hj ^R+i hj^RiSU(2) =M2Mat2(C)=det(M) = 1; M+=M1
R x;y;z??????? ??? ???? ?? ????? ???????su(2)? R H espace=L2R3 H spinC2 tot=Hespace j >=ajx1>j+z>+bjx2>jz>??????? j z>? ????? ???? H tot=Hespace Hspin ??? ?????? ???j~x;+>=j~x > j+z>??j~x;>=j~x > +(~x) =< ~x;+j > (~x) =< ~x;j > ~xHspin?
H (jn >+jp >)00 = 0;10 = 1;01 = 1;11 = 0:
???????=??????? ??y??????? x zy y y|+ >? B x:j+xi 0;jxi 1 B y:j+yi 0;jyi 1 B xB xB yB xB yB yB B xB yB xB xB yB xB ???? ???j+xi?? ??Pjyi= 1=2? ?? ???? ?????? ??????? ??? ?B xB xB yB j i jRegistrei jEve0i ! j i j i jEve i j+xi jRegistrei jEve0i ! j+xi j+xi jEve+i j xi jRegistrei jEve0i ! jxi jxi jEvei (j+xi+jxi) j+yi jRegistrei jEve0i !1p2 (j+xi j+xi jEve+i+jxi jxi jEvei) j+yi jEve+i?? H tot=Hespace Hspin H=12m ~:^~pq~A(^~x;t)2+qU(^~x;t)???????
H=12m^~pq~A(^~x;t)
2~Me:~B+qU(^~x;t)???????
Me=qm I=q =qv2r ~S=r2:~u?~u??? ?? ??????? ??????L=~p^~r=m~v^~r=mvr~u:
Mclass=I:~S=qv2rr2:~u=qv2
r:~u=q2m~LH=12m^~pq~A(^~x;t)
2~M:~B+qU(^~x;t)
M=g~S~
g n?? ^Hespace=12m^~pq~A(^~x;t)2+qU(^~x;t)?
??????j (t)i=j 0;espacei H spin??????? ??? ? ^Hspin=g~ ~S:~B ??? ? ???? ??????? ???????E=12 ~!?!=g~ i~djs(t)>dt =^Hjs(t)> ~s(t) =D^~SE =< s(t)j^~Sjs(t)> ?????k~s(t)k=~2 d~s(t)dt =dHspind~s ^~s= g~ ~B ^~s??????? ??Hspin=g~ !=g~ ~B ~B? p! e=gpNg eB'5000 gB~ js(0)>=a(0)j+z>+b(0)jz> js(t)>= exp i^Ht=~ js(0)>=a(t)j+z>+b(t)jz> ????a(t) =a(0)eiEt=~?b(t) =b(0)e+iEt=~? ??E=gB2 z(t) =a(t)b(t)=z(0)e2iEt=~=z(0)ei!t ????'(t) =!t+'(0)??(t) =(0) =cste?!=2jEj~ =g~ ~B? ^S~u??????? ?????? ?? ?????~u??? ??? ??? ?????~B? ?? q= cos p=s:' dqdt =@Hspin@p dpdt =@Hspin@q = 1105?B=B0~ez+B1cos(!1t)~ex
s(t)BB?????? ??g?
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