Enunciado
Física - Griffiths - Mecânica Quântica- Ed: 2º - Capítulo 2.Problemas - Ex. 14
Uma partícula está no estado fundamental do oscilador harmônico com frequência clássica , quando repentinamente a constante da mola quadruplica, fazendo com que , sem inicialmente mudar a função de onda (é claro que evoluirá diferentemente, pois o hamiltoniano mudou). Qual é a probabilidade de a medição de energia ainda resultar no valor ? Qual a probabilidade de se obter ?
Passo 1
Fala aí, beleza? Para resolver essa questão, vamos primeiro verificar quais são os novos possíveis níveis de energia... como a frequência agora duplicou, temos que:
Ou seja, as possíveis energias agora são: portanto, a probabilidade de se medir uma energia é zero!!
Passo 2
Agora, para determinar a probabilidade de se medir a energia , devemos calcular a probabilidade de encontrarmos a partícula no seu novo estado fundamental, que aqui será chamado , enquanto o estado estacionário inicial será .
O enunciado informa que no instante em que ocorre a mudança na constante da mola, a função de onda inicialmente não se altera, ou seja, assumindo que esse seja o instante te tempo , temos:
Essa igualdade só vale para o instante inicial, para todos os outros instantes a função de onda evoluirá de uma maneira, a princípio, desconhecida.
Contudo, nos sabemos que essa função de onda pode ser escrita como uma série de Taylor, devido ao teorema de Dirichlet, ou seja:
Ou seja, para o instante inicial, vale:
Passo 3
Como queremos descobrir a probabilidade de a partícula estar no estado , devemos então calcular o coeficiente . Para isso, vamos utilizar o truque de Fourier:
Para essas funções, temos:
Portanto:
Resolvendo a integral Gaussiana, chegamos em:
Então, de posse desse coeficiente, conseguimos calcular a probabilidade desse estado:
Resposta
a probabilidade de se medir uma energia é zero!