5.9 Nichtrelativistische Elektronentheorie (P theory)

Angenommen, wir haben einen Spinvektor S mit dem Eigenwert s(s + 1) = 3
4 von S2. Für die Eigenvektoren von S2 und Sz folgt:

|     >
||1,+1    =_  |+ >
|2  2

|     >
||1,-1    =_  |- >
|2  2

Wir können S mit den Pauli-Matrizen darstellen:

                                 (    )      (      )      (      )
S = 1s mit s = (sx,sy,sz) und sx = 0 1  , sy = 0  -i , sz = 1   0
    2                             1  0         i  0         0  - 1

Dann können wir die Eigenvektoren auch darstellen als Spinoren

      ( )
       1
|+> '-->  0

      ( )
       0
|-> '-->  1

Spinoren sind keine Zweiervektoren!

  (  )      ( )               ( )       ( )
S   1  = +1  1  mit m = +1 , S 1  = - 1  0  mit m = - 1
 z  0     2  0           2   z 0      2  1           2

Betrachten wir eine Drehung Rû(f):

PIC

              [       ]     (  )       (  )
R(u1^/2)(f) = exp -ifs-.^u = cos  f- 12- sin  f- is .^u mit R(2p) = -1
                  2           2          2

Die letzte Beziehung ergibt sich durch Betrachtung der Taylor-Entwicklung der Exponentialfunktion. Betrachten wir nun ein Teilchen mit Spin 12. Dieses habe die Bahnvariablen rk und pk und es gelte [rk,pl] = idkl. Für die Spinvariablen gilt:

[r ,S ] = 0 = [p ,S],| S |2 = 31, [S ,S ] = ie S
 k  l        k  l       4    k  l    klm  m

Der Zustandsraum ist das Tensorprodukt E = EOrt  ox ESpin. Wir betrachten die Darstellung mit r und diagonalem Sz:

<rm| y >  =_  y(rm)= /\ Wellenfunktion

Der Gesamtdrehimpuls j setzt sich zusammen aus Bahndrehimpuls l und Spin s:

J = l(Ort)  ox  1(Spin) + 1(Ort)  ox  s(Spin) = l+ s

Wir schreiben nun die Wellenfunktion in Zweikomponentenform:

    (     )   (  (    ))
     y+(r)     y (r,+12)
Y =  y- (r)   =_  y  r,-12

Wir wollen das als Spinorfeld bezeichnen. Machen wir eine Drehung, so wird das Spinorfeld auch gedreht. Erstens wird die Position des Feldes gedreht, zweitens ändern sich die Komponenten.

                    (     -1 )
R(a,b,g) : Ry = R1/2 y+(R x-1)
                     y- (R x )

Zum Vergleich notieren wir uns die Drehung eines Skalarfeldes und eines Vektorfeldes:

         -1
RP  = P(Rx )

         (A1(R  -x1))
RA  = R(1)  A2(R -x1)
           A3(R -x1)