Enunciado

Considere uma autofunção onda progressiva unidimensional. Suponha que o potencial V seja complexo, podendo ser escrito sob a forma V= VR +iVj. (a) Mostre que k se torna complexo, podendo se escrever k = kR + ikj. (b) Mostre então que a amplitude da onda progressiva é uma função exponencial decrescente de x. Autofunções como esta são usadas na descrição da absorção de partículas que atravessam o potencial do modelo ótico complexo, (c) A que distância a densidade de probabilidade associada decrescerá de um fator 1/e?

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos lá resolver mais uma questão de física quântica?!

Passo 2

a) o vetor de onda k é definido em termos da energia da partícula E , da massa da partícula m , do potencial de energia V , e da constante de Planck h :

k = 2 m E - V h

Usando a forma complexa do potencial de energia V :

V = V R + i V l

Aqui, V R e V l são, respectivamente, as magnitudes dos componentes real e imaginário de V . Substituindo na relação:

k = 2 m E - V R + i V l h = 2 m E V R h 2 - i 2 m V l h 2

Passo 3

Assumindo que k é também uma forma complexa:

k = k R + i k l

Aqui, k R e k l são as magnitudes dos componentes real e imaginário dos componentes k , respectivamente. O complexo quadrado de forma do k é:

k R + i k l 2 = k R + i k l k R + i k l = k R 2 - k l + i 2 k R k l

Tirando a raiz quadrada dos dois lados:

k R + i k l = k R 2 - k l + i 2 k R k l

Uma forma complexa de k é igual a raiz quadrada de outra quantidade complexa. Já que a forma de k está aumentando do potencial complexo V R + i V l é a raíz quadrada de uma quantidade complexa, k é então complexo e pode ser escrita como:

k = k R + i k l

Passo 4

b) substituindo o resultado obtido para k na autofunção da onda ψ x = e i k x :

ψ x = e i k R + i k l x = e - k l x e i k k x

A parte oscilatória e i k k x da autofunção da onda é multiplicada por um fator exponencial de decaimento com x . Então, a amplitude da onda é uma exponencial decrescente de função de x .

Passo 5

c) multiplicando a função de onda da letra b) pelo seu complexo conjugado para calcular a densidade de probabilidade ψ * ψ :

ψ * ψ = e - k l x e - i k k x e - k l x e i k k x = e - 2 k l x

Fazendo o expoente da densidade de probabilidade - 2 k l x igual a - 1 :

- 2 k l x = - 1 → 2 k l x = 1

Resolvendo para x para determinar a distância que a densidade de probabilidade diminui por um fator de e - 1 :

x = 1 2 k l

Resposta

a) k = k R + i k l

b) ψ x = e i k R + i k l x = e - k l x e i k k x

c) x = 1 2 k l

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