Consideremos 2 partículas idénticas (n y p) identificadas por sus valores propios respecto a un mismo CCOC.
|
a
′
b
′
c
′
…
⟩
≡
|
a
′
⟩
{\displaystyle |a'b'c'\ldots \rangle \equiv |a'\rangle }
A
|
a
′
b
′
c
′
…
⟩
=
a
′
|
a
′
b
′
c
′
…
⟩
{\displaystyle A|a'b'c'\ldots \rangle =a'|a'b'c'\ldots \rangle }
|
a
″
b
″
…
⟩
=
|
a
″
⟩
{\displaystyle |a''b''\ldots \rangle =|a''\rangle }
A
|
a
″
b
″
…
⟩
=
a
″
|
a
″
⟩
{\displaystyle A|a''b''\ldots \rangle =a''|a''\rangle }
El sistema de ambas partículas viene descrito por su producto directo
|
a
′
⟩
⊗
|
a
″
⟩
=
|
a
′
⟩
|
a
″
⟩
=
|
a
′
;
a
″
⟩
=
|
a
′
a
″
⟩
{\displaystyle |a'\rangle \otimes |a''\rangle =|a'\rangle |a''\rangle =|a';a''\rangle =|a'a''\rangle }
donde la posición que ocupan escritas en el ket (en el sentido de orden) indica si se trata de la primera o de la segunda partícula.
¿Cómo actúa el observable
A
=
A
1
+
A
2
=
A
1
⊗
I
2
+
I
1
⊗
A
2
{\displaystyle A=A_{1}+A_{2}=A_{1}\otimes {\mathcal {I}}_{2}+{\mathcal {I}}_{1}\otimes A_{2}}
sobre el sistema?
A
|
a
′
a
″
⟩
=
A
|
a
′
⟩
⊗
I
|
a
″
⟩
+
I
|
a
′
⟩
⊗
A
|
a
″
⟩
=
(
a
′
+
a
″
)
|
a
′
a
″
⟩
{\displaystyle A|a'a''\rangle =A|a'\rangle \otimes {\mathcal {I}}|a''\rangle +{\mathcal {I}}|a'\rangle \otimes A|a''\rangle =(a'+a'')|a'a''\rangle }
Entonces
A
|
a
′
a
″
⟩
=
(
a
′
+
a
″
)
|
a
′
a
″
⟩
{\displaystyle A|a'a''\rangle =(a'+a'')|a'a''\rangle }
A
|
a
″
a
′
⟩
=
(
a
″
+
a
′
)
|
a
″
a
′
⟩
{\displaystyle A|a''a'\rangle =(a''+a')|a''a'\rangle }
tenemos que estos dos estados matemáticamente distinguibles (ortogonales) son físicamente indistinguibles: los observables del CCOC da para ambos el mismo valor propio. Haciendo medidas no se pueden distinguir.
"Degeneración de intercambio"
c
1
|
a
′
a
″
⟩
+
c
2
|
a
″
a
′
⟩
{\displaystyle c_{1}|a'a''\rangle +c_{2}|a''a'\rangle }
tiene los mismos valores propios.
Es conveniente introducir el grupo
S
n
{\displaystyle S_{n}}
de permutaciones de n objetos
S
n
∋
p
{\displaystyle S_{n}\ni p}
tal que cambie el orden de n elementos
S
n
∋
p
=
(
1
2
⋯
n
p
1
p
2
⋯
p
n
)
{\displaystyle S_{n}\ni p={\begin{pmatrix}1&2&\cdots &n\\p_{1}&p_{2}&\cdots &p_{n}\end{pmatrix}}}
Ejemplo:
S
2
=
{
e
=
(
1
2
1
2
)
,
(
1
2
2
1
)
}
{\displaystyle S_{2}=\left\{e={\begin{pmatrix}1&2\\1&2\end{pmatrix}},{\begin{pmatrix}1&2\\2&1\end{pmatrix}}\right\}}
Ejemplo:
S
3
=
{
e
=
(
1
2
3
1
2
3
)
,
(
1
2
3
2
1
3
)
(
1
2
3
3
2
1
)
,
(
1
2
3
1
3
2
)
(
1
2
3
2
3
1
)
,
(
1
2
3
3
1
2
)
}
{\displaystyle S_{3}=\left\{e={\begin{pmatrix}1&2&3\\1&2&3\end{pmatrix}},{\begin{pmatrix}1&2&3\\2&1&3\end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}1&2&3\\3&2&1\end{pmatrix}},{\begin{pmatrix}1&2&3\\1&3&2\end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}1&2&3\\2&3&1\end{pmatrix}},{\begin{pmatrix}1&2&3\\3&1&2\end{pmatrix}}\right\}}
Las tres primeras de este ejemplo son trasposiciones y las demás se componen con dos transpociones.
El orden de
S
n
{\displaystyle S_{n}}
es
n
(
n
−
1
)
⋯
=
n
!
{\displaystyle n(n-1)\cdots =n!}
(
1
2
3
2
1
3
)
(
1
2
3
1
3
2
)
=
(
1
2
3
2
3
1
)
{\displaystyle {\begin{pmatrix}1&2&3\\2&1&3\end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}1&2&3\\1&3&2\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}1&2&3\\2&3&1\end{pmatrix}}}
Notación "2-ado"
(
1
2
)
(
3
)
{\displaystyle {\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}}{\cancel {\begin{pmatrix}3\end{pmatrix}}}}
"1 va a 2, 2 va a 1"
(
1
2
3
)
{\displaystyle {\begin{pmatrix}1&2&3\end{pmatrix}}}
es lo mismo que
(
…
)
{\displaystyle {\begin{pmatrix}\ldots \end{pmatrix}}}
Y se multiplican leyendo...
(
1
2
)
⋅
(
2
3
)
=
(
1
2
3
)
{\displaystyle {\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}}\cdot {\begin{pmatrix}2&3\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}1&2&3\end{pmatrix}}}
Otro ejemplo..
(
2
3
)
(
1
2
)
=
(
1
3
)
(
2
)
{\displaystyle {\begin{pmatrix}2&3\end{pmatrix}}{\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}}={\begin{pmatrix}1&3\end{pmatrix}}{\cancel {\begin{pmatrix}2\end{pmatrix}}}}
Podemos definir la acción de una permutación de
S
n
{\displaystyle S_{n}}
sobre un estado cuántico de n partículas.
Ejemplo:
n
=
2
{\displaystyle n=2}
|
a
′
a
″
⟩
{\displaystyle |a'a''\rangle }
S
2
=
{
e
1
(
1
2
)
}
{\displaystyle S_{2}=\{e_{1}{\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}}\}}
(
1
2
)
|
a
′
a
″
⟩
=
|
a
″
a
′
⟩
{\displaystyle {\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}}|a'a''\rangle =|a''a'\rangle }
Ejemplo
n
=
3
{\displaystyle n=3}
|
a
′
a
″
a
‴
⟩
{\displaystyle |a'a''a'''\rangle }
(
1
2
3
)
|
a
′
a
″
a
‴
⟩
=
|
a
′
a
″
a
‴
⟩
{\displaystyle {\begin{pmatrix}1&2&3\end{pmatrix}}|a'a''a'''\rangle =|a'a''a'''\rangle }
Para el grupo
S
2
?
{
e
,
(
1
2
)
}
{\displaystyle S_{2}?\{e,{\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}}\}}
se definen el simetrizador
S
{\displaystyle S}
y el antisimetrizador
a
{\displaystyle a}
del grupo.
S
=
1
2
[
e
+
(
1
2
)
]
{\displaystyle S={\frac {1}{2}}\left[e+{\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}}\right]}
a
=
1
2
[
e
−
(
1
2
)
]
{\displaystyle a={\frac {1}{2}}\left[e-{\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}}\right]}
¿Cómo actúan
S
{\displaystyle S}
y
a
{\displaystyle a}
sobre
|
a
′
a
″
⟩
{\displaystyle |a'a''\rangle }
?
S
|
a
′
a
″
⟩
=
1
2
(
e
+
(
1
2
)
)
|
a
′
a
″
⟩
=
1
2
(
|
a
′
a
″
⟩
+
|
a
″
a
′
⟩
)
{\displaystyle S|a'a''\rangle ={\frac {1}{2}}\left(e+{\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}}\right)|a'a''\rangle ={\frac {1}{2}}\left(|a'a''\rangle +|a''a'\rangle \right)}
Y normalizando
1
2
1
2
(
|
a
′
a
″
⟩
+
|
a
″
a
′
⟩
)
≡
|
a
′
a
″
⟩
S
{\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}{\frac {1}{2}}\left(|a'a''\rangle +|a''a'\rangle \right)\equiv |a'a''\rangle _{S}}
|
a
′
a
″
⟩
S
=
(
1
2
)
|
a
′
a
″
⟩
S
=
(
1
2
)
1
2
(
|
a
′
a
″
⟩
+
|
a
″
a
′
⟩
)
=
1
2
(
|
a
″
a
′
⟩
+
|
a
″
a
′
⟩
)
{\displaystyle |a'a''\rangle _{S}={\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}}|a'a''\rangle _{S}={\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}}{\frac {1}{\sqrt {2}}}\left(|a'a''\rangle +|a''a'\rangle \right)={\frac {1}{\sqrt {2}}}\left(|a''a'\rangle +|a''a'\rangle \right)}
a
|
a
′
a
″
⟩
=
1
2
[
e
−
(
1
2
)
|
a
′
a
″
⟩
]
=
1
2
(
|
a
′
a
″
⟩
−
|
a
″
a
′
⟩
)
{\displaystyle a|a'a''\rangle ={\frac {1}{2}}\left[e-{\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}}|a'a''\rangle \right]={\frac {1}{2}}\left(|a'a''\rangle -|a''a'\rangle \right)}
Y normalizando
1
2
(
|
a
′
a
″
⟩
−
|
a
″
a
′
⟩
)
≡
|
a
′
a
″
⟩
a
{\displaystyle {\frac {1}{\sqrt {2}}}\left(|a'a''\rangle -|a''a'\rangle \right)\equiv |a'a''\rangle _{a}}
|
a
′
a
″
⟩
a
=
(
1
2
)
|
a
′
a
″
⟩
a
=
(
1
2
)
1
2
(
|
a
′
a
″
⟩
−
|
a
″
a
′
⟩
)
=
1
2
(
|
a
″
a
′
⟩
−
|
a
″
a
′
⟩
)
=
…
{\displaystyle |a'a''\rangle _{a}={\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}}|a'a''\rangle _{a}={\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}}{\frac {1}{\sqrt {2}}}\left(|a'a''\rangle -|a''a'\rangle \right)={\frac {1}{\sqrt {2}}}\left(|a''a'\rangle -|a''a'\rangle \right)=\ldots }
Para n partículas
S
=
1
n
!
∑
p
p
{\displaystyle S={\frac {1}{n!}}\sum _{p}p}
S
3
→
s
=
1
6
[
e
+
(
1
2
)
+
(
1
3
)
+
(
2
3
)
+
(
1
2
3
)
+
(
1
3
2
)
]
{\displaystyle S_{3}\to s={\frac {1}{6}}\left[e+{\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}}+{\begin{pmatrix}1&3\end{pmatrix}}+{\begin{pmatrix}2&3\end{pmatrix}}+{\begin{pmatrix}1&2&3\end{pmatrix}}+{\begin{pmatrix}1&3&2\end{pmatrix}}\right]}
a
=
1
n
!
∑
p
(
−
1
)
p
p
{\displaystyle a={\frac {1}{n!}}\sum _{p}(-1)^{p}p}
S
3
→
a
=
1
6
[
e
−
(
1
2
)
−
(
1
3
)
−
(
2
3
)
+
(
1
2
3
)
+
(
1
3
2
)
]
{\displaystyle S_{3}\to a={\frac {1}{6}}\left[e-{\begin{pmatrix}1&2\end{pmatrix}}-{\begin{pmatrix}1&3\end{pmatrix}}-{\begin{pmatrix}2&3\end{pmatrix}}+{\begin{pmatrix}1&2&3\end{pmatrix}}+{\begin{pmatrix}1&3&2\end{pmatrix}}\right]}
|
i
1
…
i
n
⟩
S
=
S
|
i
1
…
i
n
⟩
normalizado
{\displaystyle |i_{1}\ldots i_{n}\rangle _{S}=S|i_{1}\ldots i_{n}\rangle \quad {\text{normalizado}}}
es simétrico (par) bajo transposiciones.
|
i
1
…
i
n
⟩
a
=
a
|
i
1
…
i
n
⟩
normalizado
{\displaystyle |i_{1}\ldots i_{n}\rangle _{a}=a|i_{1}\ldots i_{n}\rangle \quad {\text{normalizado}}}
es antisimétrico (impar) bajo transposiciones.
Dadas 3 partículas idéticas en el estado
|
a
′
⟩
{\displaystyle |a'\rangle }
,
|
a
″
⟩
{\displaystyle |a''\rangle }
y
|
a
‴
⟩
{\displaystyle |a'''\rangle }
constante
|
a
′
a
″
a
‴
⟩
S
{\displaystyle |a'a''a'''\rangle _{S}}
y
|
a
′
a
″
a
‴
⟩
a
{\displaystyle |a'a''a'''\rangle _{a}}
.
(Creo que esto va aquí)
Ejercicio para casa: Simetrizar y antisimetrizar este estado
|
a
′
a
′
a
″
⟩
{\displaystyle |a'a'a''\rangle }
y comprobar
(
1
3
)
|
a
′
a
″
a
‴
⟩
s
=
+
|
a
′
a
″
a
‴
⟩
s
{\displaystyle {\begin{pmatrix}1&3\end{pmatrix}}|a'a''a'''\rangle _{s}=+|a'a''a'''\rangle _{s}}
(
1
3
)
|
a
′
a
″
a
‴
⟩
a
=
−
|
a
′
a
″
a
‴
⟩
a
{\displaystyle {\begin{pmatrix}1&3\end{pmatrix}}|a'a''a'''\rangle _{a}=-|a'a''a'''\rangle _{a}}