º¯ÇÏÁö ¾Ê´Â ¼·µ¿ÀÌ ¾î¶² ¼ø°£ºÎÅÍ °É¸± ¶§
¼·µ¿Ç× $H_I$°¡ $t=0$ºÎÅÍ °É¸®µÇ ±× ¶§ºÎÅÍ´Â ÀÏÁ¤ÇÑ °ªÀ¸·Î À¯ÁöµÈ´Ù°í ÇÏÀÚ. \[ H_I(t) = \begin{cases} 0 & ~~ t \lt 0, \\ A & ~~ t \ge 0. \end{cases} \] ÀÌ·¯ÇÑ °æ¿ìµµ ¿ª½Ã ½Ã°£¿¡ ÀÇÁ¸ÇÏ´Â ¼·µ¿ÀÌ´Ù. ±×·¯³ª $T_{mn}(t)$ ¿ª½Ã $t=0$ ÀÌÈķδ ½Ã°£¿¡ ¹«°üÇÏ¿© ¾Õ¼ 1Â÷ ¼·µ¿À¸·Î À¯µµÇÑ ´ÙÀ½ ½Ä¿¡¼ÀÇ ÀûºÐÇ×Àº ¹Ù·Î °è»êµÈ´Ù. \[ \begin{equation} \label{eq:eq8} c_m(t) \cong \delta_{mn} + \frac{1}{i\hbar} \int^{t}_0 e^{i\omega_{mn}t'} T_{mn}(t') dt' \end{equation} \] $T_{mn}$À» Á¦¿ÜÇÑ ÀûºÐÇ×Àº \[ \int^{t}_0 e^{i\omega_{mn} t'} dt' = \frac{e^{i\omega_{mn}t}-1}{i \omega_{mn}} \] ÀÌ´Ù. µû¶ó¼ $n$ »óÅ·κÎÅÍ ÀÌ¿Í ´Ù¸¥ $m$ »óÅÂ($m\neq n$)·Î ÀüÀÌÇÒ È®·üÀº \[ \begin{equation} \label{eq:eq9} P_{nm}(t) = |c_m(t)|^2 = \frac{ |T_{mn}|^2 }{\hbar^2} \left[ \frac{\sin(\omega_{mn}t/2)}{\omega_{mn}/2} \right]^2 \end{equation} \] ÀÌ µÈ´Ù.
graph |
|
¼·µ¿¿¡ ÀÇÇÑ ¿¡³ÊÁöÀÇ º¯È_ ¼·µ¿¿¡ ÀÇÇØ ÀüÀÌ°¡ ÀϾ ¶§ ¿¡³ÊÁö º¯È¿¡ ´ëÇÑ »ó´ëÀûÀÎ È®·ü·Î $\omega$¸¦ °¡·ÎÃàÀ¸·Î ³ªÅ¸³½´Ù. $t$ ½½¶óÀÌ´õ´Â °æ°ú½Ã°£À¸·Î ½Ã°£ÀÌ °æ°úÇÔ¿¡ µû¶ó ÷¿¹ÇÑ ±×·¡ÇÁ°¡ µÇ´Â °ÍÀ» ¾Ë ¼ö ÀÖ´Ù.
|
À§ ±×·¡ÇÁ´Â ½Ã°£ $t$¿¡ µû¸¥ ¿¡³ÊÁöÀÇ º¯ÈÈ®·üÀ» ³ªÅ¸³»°í ÀÖ´Ù. $\omega = -\frac{2\pi}{t} \sim \frac{2\pi}{t}$ÀÇ ¹üÀ§¿¡ È®·üÀÌ ¹ÐÁýµÇ¾î ÀÖÀ¸¸ç ³ôÀÌ´Â $t^2$¿¡ ºñ·ÊÇÑ´Ù. µû¶ó¼ ½Ã°£ÀÌ °æ°úÇÔ¿¡ µû¶ó Á¡Á¡ ±×·¡ÇÁ´Â ³ô¾ÆÁö¸ç, ÆøÀº Á¼¾ÆÁø´Ù. Àüü ¸éÀûÀº $t$¿¡ ºñ·ÊÇؼ $t \rightarrow \infty$·Î Á¢±ÙÇϸé $2\pi t \delta(\omega)$ÀÇ ÇÔ¼ö·Î Á¢±ÙÇÑ´Ù. ÀÌ °æ¿ì ´ÜÀ§½Ã°£ÀÇ ÀüÀÌÈ®·üÀº \[ \begin{equation} \label{eq:eq91} \mathcal{P}_{n\rightarrow m} = \lim_{t\rightarrow \infty}\frac{P_{nm}(t)}{t} = \frac{2\pi}{\hbar^2} |T_{mn}|^2 \delta(\omega_{mn}) \end{equation} \] ·Î µÈ´Ù. $\omega_{mn}$À» ¿¡³ÊÁö·Î ¹Ù²Ù°í, $T_{mn}=\langle m | A | n \rangle$¸¦ ÀÌ¿ëÇϸé, \[ \begin{equation*} {\large \boxed{ \mathcal{P}_{n\rightarrow m} = \frac{2\pi}{\hbar} |\langle m | A | n \rangle|^2 \delta(E_m - E_n) } } \end{equation*} \] ÀÌ µÈ´Ù.
ÁÖ±âÀûÀÎ ¼·µ¿ÀÌ ¾î¶² ¼ø°£ºÎÅÍ °É¸± ¶§
´ÙÀ½°ú °°ÀÌ ÁÖ±âÀûÀÎ ¼·µ¿Ç×ÀÌ °É¸®´Â °æ¿ì¸¦ »ý°¢ÇÏÀÚ. \[ \begin{equation} \label{eq:eq12} H_I(t) = \begin{cases} 0 & ~~ t \lt 0, \\ 2 A \cos \omega t = A (e^{i\omega t} + e^{-i\omega t}) & ~~t \ge 0. \end{cases} \end{equation} \] ÀÌÁ¦ $T_{mn}(t)= 2 T_{mn} \cos \omega t$·Î ÀÌÁ¦ºÎÅÍ $T_{mn}$¸¦ $A$¿¡ ´ëÇÑ Çà·Ä¿ä¼Ò¸¦ ³ªÅ¸³½ °ÍÀ¸·Î ÇÏÀÚ. \eqref{eq:eq8} ½ÄÀ¸·Î ºÎÅÍ $n \rightarrow m$ »óÅ·ΠÀüÀÌÇÒ È®·üÀ» °è»êÇϸé, \[ \begin{equation} \label{eq:eq10} P_{nm}(t) = \frac{ |T_{mn}|^2 }{\hbar^2} \left| \frac{e^{i(\omega_{mn}+\omega)t}-1}{i(\omega_{mn}+\omega)} + \frac{e^{i(\omega_{mn}-\omega)t}-1}{i(\omega_{mn}-\omega)} \right|^2 \end{equation} \] ÀÌ´Ù. ÀÌ ½Ä¿¡¼ $ \omega_{mn}+\omega$ ³ª $ \omega_{mn}-\omega$°¡ °¢°¢ 0 ¿¡ °¡±î¿î $\omega_{m}$¿¡ ´ëÇؼ ÇØ´çÇ×ÀÌ ¸Å¿ì Ä¿Áö´Â µ¥ ÀÌ¿¡ µû¶ó µÎ °æ¿ì·Î ³ª´©¾î »ý°¢ÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù. Áï, \[ \omega_m \cong \omega_n - \omega \] ÀÏ ¶§´Â $\hbar \omega$ÀÇ ¿¡³ÊÁö¸¦ ¹æÃâÇÏ°í, \[ \omega_m \cong \omega_n + \omega \] ÀÏ ¶§´Â $\hbar \omega$ÀÇ ¿¡³ÊÁö¸¦ Èí¼öÇÏ´Â °ÍÀ¸·Î º¼ ¼ö ÀÖ´Ù. ¹æÃâÀÇ °æ¿ì \eqref{eq:eq10} ½ÄÀÇ ¾Õ Ç×ÀÌ Àý´ëÀûÀÌ°í, Èí¼öÀÇ °æ¿ì µÞ Ç×ÀÌ Àý´ëÀûÀÌ¾î¼ ³ª¸ÓÁö¸¦ ¹«½ÃÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù. µû¶ó¼ \[ P_{nm}(t) \cong \frac{ |T_{mn}|^2 }{\hbar^2} \left[ \frac{\sin[(\omega_{mn}\pm \omega)t/2]}{(\omega_{mn} \pm \omega)/2} \right]^2 \] ¿©±â¼ $t$°¡ Ä¿Á®¼ $\infty$·Î Á¢±ÙÇϸé À§ ½ÄÀÇ $\{\dots\}^2$ Ç×Àº $2\pi t \delta(\omega_{mn}\pm \omega)$·Î Á¢±ÙÇÏ¿© È®·üÀÌ ½Ã°£ $t$¿¡ ºñ·ÊÇØÁø´Ù. ¾Õ¼¿Í °°ÀÌ ´ÜÀ§½Ã°£´ç ÀüÀÌÇÒ È®·üÀ» ¿¡³ÊÁö·Î Á¤¸®Çϸé, \[ \begin{equation*} {\large \boxed{ \mathcal{P}_{n\rightarrow m} = \frac{2\pi}{\hbar} |\langle m | A | n \rangle|^2 \delta(E_m - E_n \pm \hbar \omega) } } \end{equation*} \] ÀÌ´Ù.
[Áú¹®1]
\eqref{eq:eq8} ½ÄÀ» 2Â÷ ±Ù»ç±îÁö È®ÀåÇ϶ó.
[Áú¹®2]
\eqref{eq:eq8} ½ÄÀ¸·ÎºÎÅÍ »óÅ°¡ ÀüÀÌÇÏÁö ¾Ê´Â $n\rightarrow n$ÀÇ È®·ü $P_{nn}(t)$À» °è»êÇ϶ó. ÀÌ°ÍÀÌ 1º¸´Ù Ä¿¼ ¹®Á¦°¡ ÀÖ¾î º¸ÀδÙ. À̸¦ È®ÀÎÇÏ°í, ¿øÀΰú ÇØ¼Ò ¹æ¹ýÀ» ³íÀÇÇ϶ó.
[Áú¹®3]
´ÙÀ½À» Áõ¸íÇÏ°í À̷κÎÅÍ \eqref{eq:eq91} ½ÄÀ» ¸íÈ®È÷ Àü°³Ç϶ó. \[ \lim_{t\to \infty} \frac{\sin^2 tx}{tx^2} = \pi \delta(x),~~ \delta(ax) = \frac{1}{|a|}\delta(x) \]
_ ÁÖ±â_ ÀüÀÌ
|