
1 Stark 效应
在中心对称势场中, 角向部分的波函数是球谐函数. 在中心对称势场中, 已经由连带勒让德多项式的性质
得到了球谐函数的宇称
𝑌
𝑙,𝑚
(𝜋 − 𝜃, 𝜙 + 𝜋) = (−1)
𝑙
𝑌
𝑙,𝑚
(𝜃, 𝜙)
在 r → −r 的变换下,𝑙 为偶数的球谐函数具有偶宇称,𝑙 为奇数的球谐函数具有奇宇称. 径向波函数只与 𝑟
有关而与方向无关, 那么氢原子的能量本征态具有确定的宇称, 因此能量本征态电偶极矩为零
D = 𝑒R,
⟨
𝜓
|
R
|
𝜓
⟩
=
∫
𝜓
∗
r𝜓d
3
𝑟 = 0
引入外电场
𝐻 =
𝑃
2
2𝜇
−
𝑒
2
𝑅
− 𝑒ℰ𝑍
这样对称性被破坏
2 基态的一阶微扰
按照微扰论的方法, 应该将哈密顿量写为
𝐻 = 𝐻
0
+𝑉, 𝐻
0
=
𝑃
2
2𝜇
−
𝑒
2
𝑅
, 𝑉 = −𝑒ℰ𝑍
已知了 𝐻
0
的本征态为
𝐻
0
|
𝑛, 𝑙, 𝑚
⟩
= 𝐸
𝑛
|
𝑛, 𝑙, 𝑚
⟩
这是存在简并的情况, 不过基态无简并, 先考察基态的修正. 基态的能量修正为
𝐸
(1)
1
=
⟨
1, 0, 0
|
𝑉
|
1, 0, 0
⟩
= −𝑒ℰ
⟨
1, 0, 0
|
𝑍
|
1, 0, 0
⟩
= 0
所以一阶修正并没有什么用
3 第一激发态的一阶微扰
高阶的能量本征态都存在简并, 先考察第一激发态, 它是四重简并的
|
2, 0, 0
⟩
,
|
2, 1, 0
⟩
,
|
2, 1, 1
⟩
,
|
2, 1, −1
⟩
也就是要求解矩阵元
⟨
2, 𝑙, 𝑚
|
𝑍
|
2, 𝑙
′
, 𝑚
′
⟩
在费米黄金法则与电偶极跃迁选择定则中, 已经由对易关系得到了 < 𝑙, 𝑚|𝑍|𝑙
′
, 𝑚
′
> 非零的条件
𝑚 = 𝑚
′
, 𝑙 = 𝑙
′
± 1
因此除了其中的四个, 其他的都是零, 列表如下