Der radiale Teil von ψ (r, θ, φ)

Man kann den radialen Teil der Wellenfunktion mit Rnl(r) bezeichnen, wobei n eine Quantenzahl ist, die dem Quantenzustand des radialen Teils entspricht, und l die Quantenzahl des Gesamtdrehimpulses. Der radiale Teil ist hinsichtlich der Winkel symmetrisch, somit kann er nicht von der Quantenzahl m der z-Komponente des Drehimpulses abhängen. Die Wellenfunktion für Teilchen in einem Zentralpotential hat also in Kugelkoordinaten folgendes Aussehen:

images

Im nächsten Schritt soll die allgemeine Lösung für Rnl(r) bestimmt werden. Setzt man die obige Gleichung in die Schrödinger-Gleichung images ein, so erhält man:

images

Wie in Kapitel 6 bereits gezeigt wurde, gilt für die Kugelfunktionen Ylm(θ, φ) folgende Gleichung:

images

Daraus folgt, dass man den letzten Term in der obigen Gleichung durch images ersetzen kann. Demzufolge nimmt die obige Gleichung folgende Form an:

iamges

Auf diese Weise erhält man die Radialgleichung für ein Zentralpotential. Sie lautet:

iamges

iamges Diese Gleichung benutzt man, um Rnl(r) zu bestimmen, den radialen Teil der Wellenfunktion. Sie heißt Radialgleichung für ein Zentralpotential.

Damit ist das Problem des Zentralpotentials auf ein eindimensionales Problem zurückgeführt. Die Radialgleichung ist eine eindimensionale Schrödinger-Gleichung mit folgendem effektiven Potential:

iamges

Wenn Sie die Radialgleichung lösen, können Sie auch ψ(r, θ, φ) berechnen, da Sie die Kugelfunktionen Ylm(θ, φ) kennen:

images

Somit reduziert sich dieses Kapitel darauf, eine Lösung für die Radialgleichung zu finden.

Man beachte: Die Radialgleichung ist wirklich eine Differentialgleichung in nur einer Dimension, der r-Richtung. Wenn man also Aufgaben betrachtet, die ein Zentralpotential beinhalten, reduziert sich das allgemeine Problem, die Wellenfunktion eines in einem dreidimensionalen Kugelpotential eingeschlossenen Teilchens zu berechnen, auf eine eindimensionale Differentialgleichung.

Quantenphysik für Dummies
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