
2 费米黄金法则的连续推广
鉴于在上一节中已经得到了离散的费米黄金法则
𝑃
𝑖→𝑛
= 𝑇
2𝜋
ℏ
|⟨
𝑖
|
𝑊
|
𝑛
⟩|
2
𝛿
𝑇
(𝐸
𝑛
− 𝐸
𝑖
)
那么将其求和应当可以得到扰动结束后系统仍然处于初态
|
𝑖
⟩
的概率
𝑃
𝑖→𝑖
= 1 −𝑇
2𝜋
ℏ
Õ
𝑛≠𝑖
|⟨
𝑖
|
𝑊
|
𝑛
⟩|
2
𝛿
𝑇
(𝐸
𝑛
− 𝐸
𝑖
)
为了将其过渡到连续情况, 定义态密度
𝜌(𝐸) =
d𝑁
d𝐸
其中 𝑁 是能量小于 𝐸 的量子态数目, 它的物理含义是由积分给出的: 能量在 𝐸
1
到 𝐸
2
之间的态数目为
𝑁 =
∫
𝐸
2
𝐸
1
𝜌(𝐸)d𝐸
用能量标记量子态, 将求和替换为积分
Õ
𝑛≠𝑖
|⟨
𝑖
|
𝑊
|
𝑛
⟩|
2
𝛿
𝑇
(𝐸
𝑛
− 𝐸
𝑖
) →
∫
|⟨
𝑖
|
𝑊
|
𝑛
⟩|
2
𝛿
𝑇
(𝐸
𝑛
− 𝐸
𝑖
)𝜌(𝐸
𝑛
)d𝐸
𝑛
进而得到仍然处于初态的概率
𝑃
𝑖
= 1 −𝑇
2𝜋
ℏ
∫
|⟨
𝑖
|
𝑊
|
𝑛
⟩|
2
𝛿
𝑇
(𝐸
𝑛
− 𝐸
𝑖
)𝜌(𝐸
𝑛
)d𝐸
𝑛
如果进一步将 𝛿
𝑇
(𝐸) 近似为 𝛿(𝐸), 那么
𝑃
𝑖
= 1 −
2𝜋
ℏ
|⟨
𝑖
|
𝑊
|
𝑛
⟩|
2
𝜌(𝐸
𝑖
)𝑇
这样近似的合理性在于, 由前面的讨论可知, 只有 𝐸
𝑖
附近 ±𝜋ℏ/𝑇 的态才会发生跃迁, 这应当是一个相当
小的范围, 因而 𝜌(𝐸) 在这个范围内是近似常数. 进而由这样的线性关系
𝑃
𝑖
= 1 − Γ𝑇, Γ =
2𝜋
ℏ
|⟨
𝑖
|
𝑊
|
𝑛
⟩|
2
𝜌(𝐸
𝑛
= 𝐸
𝑖
)
这就是连续的费米黄金法则
3 电偶极跃迁选择定则
电偶极子在电场中的势能为
𝑈 = −p · E
其中 p 是电偶极矩, 对于一个 𝜌(r) 的电荷分布, 电偶极矩为
p =
∫
r𝜌(r)d𝑉