Kapitel 10
Zeitabhängige Störungstheorie

Gegeben sei ein zeitabhängiger Hamiltonoperator H(t) und gesucht ein Zeitentwicklungsoperator U(t,t0) im Schrödingerbild. Zur Zeit t0 liege |y(t0)> vor und zur Zeit t gelte dann |y(t)> = U(t,t0)|y(t0)>. U ist definiert durch die Schrödingergleichung
ih @-U(t,t) = H(t)U (t,t )
  @t    0            0

und die Anfangsbedingung U(t0,t0 = 1. U(t,t0) ist hierbei unitär und H(t) hermitesch. U hat außerdem die Eigenschaft U(t2,t0) = U(t2,t1) . U(t1,t0) für t2 > t1 > t0. Man bezeichnet diese Beziehung auch als „Zusammensetzungsregel“. Falls H zeitunabhängig ist, gilt U(t,t0) = exp(  i         )
 - hH .(t- t0).

Wir machen nun den Störungsansatz H(t) = H(0)(t) + V (t), wobei V (t) eine Störung sein soll. Wir setzen voraus, daß die ungestörte Gleichung ihU(0)(t,t0) = H(0)(t)U(0)(t,t0) bereits gelöst ist und arbeiten im Wechselwirkungsbild:

Wir stellen die Schrödingergleichung für UI auf:

        (         )         (      )
 -@        -@  (0)†       (0)†   @-         (0)† (0)      (0)†
ih@tUI =   ih@tU     U + U     ih@tU   = -U   H   U + U   HU  =
          (0)†       (0)†  (0) (0)†       (0)†   (0)          (0)†
      = U   V U = U   V U  U    U mit U   VU   = VI und U   U = UI
(10.1)
|---------------------------|
|ih @-U (t',t ) = V (t')U (t',t)|
---@t'-I---0----I----I----0-|

Wir integrieren von t0 nach t und erhalten eine Integralgleichung:

                       t
                       integral     '   '     '
ihUI(t,t0)- ihUI(t0,t0) =  VI(t)UI(t,t0)dt
                      t0

Mit UI(t0,t0) = 1 erhalten wir:

|-------------------------------|
|             i integral t              |
UI(t,t0) = 1- --  VI(t')UI(t',t0)dt'|
|            h t0                |
---------------------------------

Diese Integralgleichung wollen wir durch Iteration lösen:

               t                  t   t
            -i integral           (  i)2 integral     integral          '    '     '
UI(t,t0) = 1- h  VI(t)dt +  - h     dt  VI(t)VI(t)UI(t,t0)dt =
              t0                t0   t0
             sum  oo  (n)
       = 1+    U I (t,t0)
            n=1
(10.2)
Diese bezeichnet man auch als DYSON-Reihe. Allgemein gilt:
|-----------------------------------------------------------|
|          (    )n  integral t   integral tn        integral t2                       |
|U(n)(t,t) =  - i-    dt   dt   ...  dt V (t )V (t   )...V (t )|
| I    0       h       n    n-1       1 I  n I  n-1     I 1 |
------------------t0----t0---------t0--------------------------


 10.1 Übergangswahrscheinlichkeit
 10.2 Fermis Goldene Regel
 10.3 Bornscher Wirkungsquerschnitt
 10.4 Adiabatensatz