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Tipo: Dissertação
Título : Uma proposta de operador de translação dependente da posição para a Mecânica Quântica Relativística
Autor : Medeiros, João Pedro Lima Verde de
Tutor: Costa Filho, Raimundo Nogueira da
Palabras clave en portugués brasileño: Operador;Translação;Dependente;Posição;Espaço-tempo
Palabras clave en inglés: Operator;Translation;Dependent;Position;Spacetime
Áreas de Conocimiento - CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA::FISICA DA MATERIA CONDENSADA
Fecha de publicación : 2024
Citación : MEDEIROS, J. P. L. V. Uma proposta de operador de translação dependente da posição para a Mecânica Quântica Relativística. 2024. 69 f. Dissertação (Mestrado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Resumen en portugués brasileño: No contexto da Mecânica Quântica não-relativística existem operadores de translação espacial e de evolução temporal que indicam o estado final do sistema a partir da aplicação desses operadores em um estado inicial. O presente trabalho visa definir as propriedades de um operador de translação para a Mecânica Quântica Relativística no espaço-tempo de Minkowski. Deste modo, foi possível obter a forma do quadri-operador momento na representação de posição e propor uma solução para o operador de translação a partir da equação diferencial encontrada. Aplicando o quadri-operador momento contraído com ele mesmo obtemos uma equação do tipo Klein-Gordon para o operador de translação. Inserindo então a solução previamente proposta em tal equação calculamos a relação energia-momento da partícula em estudo. Em seguida, com uso das matrizes gamma de Pauli, encontramos uma equação do tipo Dirac para o operador de translação e, a partir do acoplamento mínimo, fomos capazes de encontrar a energia de um elétron na presença de um campo eletromagnético externo na qual verificamos o termo de acoplamento spin-órbita e o fator giromagnético correto de tal partícula. Posteriormente construímos um operador de translação dependente da posição para o espaço-tempo de Minkowski. Calculamos os novos termos da métrica e o quadri-operador momento modificado. Ao propor uma mudança de variável foi possível analisar a solução da equação do tipo Klein-Gordon modificada encontrada para obter a relação energia-momento da partícula que agora é válida apenas em um domínio definido a partir das características impostas aos elementos da métrica dependente da posição. Por meio do limite não-relativístico e retornando ao conceito do tempo como parâmetro e não mais como coordenada, provamos que a equação de Klein-Gordon modificada se reduz à equação de Schrodinger modificada obtida por Costa Filho et al. Em seguida, obtemos uma equação de Dirac modificada e suas soluções livres. Para entender a interpretação das funções de onda modificadas obtidas, calculamos uma equação de continuidade e analisamos as grandezas relacionadas às possíveis densidade e corrente de probabilidade. Por fim, resolvemos o problema do poço de potencial infinito utilizando a equação de Dirac modificada. Ao impor que o fluxo de probabilidade nas paredes do poço seja nula, obtemos uma equação transcendental cuja solução está relacionada com o comprimento de onda Compton e nos fornece a relação-energia momento. Tomando esta mesma equação no limite não-relativístico, obtemos os mesmos níveis de energia discretos calculados por Costa Filho et al utilizando a equação de Schrodinger modificada.
Abstract: In the context of non-relativistic Quantum Mechanics, there are spatial translation and time evolution operators that indicate the final state of the system through the application of these operators in an initial state. The present work aims to define the properties of a translation operator to be used in Relativistic Quantum Mechanics in Minkowski's spacetime. Thus, it was possible to obtain the 4-moment operator's form in the position representation and propose a solution for the translation operator through the differential equation that has been found. By applying the 4-moment operator contracted in itself, we obtained a Klein-Gordon equation for the translation operator. Inserting, thus, the previously proposed solution into the aforementioned equation, we calculated the energy-momentum relation of the particle under study. Afterwards, using Pauli's gamma matrices, we found a Dirac-type equation for the translation operator and, through minimal coupling, we were able to find the energy of an electron in the presence of an external electromagnetic field, in which we verified the spin-orbit coupling term and the correct gyromagnetic factor of the aforementioned particle. Subsequently, we constructed a position-dependent translation operator for Minkowski's spacetime. The new terms of the metric and the modified 4-moment operator were calculated. By proposing a variable change, it was possible to analyze the solution of the modified Klein-Gordon equation found in order to obtain the energy-momentum relation of the particle. This particle is now valid only in a domain defined from the characteristics imposed on the position-dependent metric elements. Through the non-relativistic limit, and returning to the concept of time as a parameter and no longer as a coordinate, we prove that the modified Klein-Gordon equation reduces itself to the modified Schrodinger equation obtained earlier by Costa Filho et al. Thereafter, we obtained a modified Dirac equation and its free solutions. In order to understand the interpretation of the modified wave function obtained, we calculated the continuity equation and analyzed the quantities related to the possible density and probability current. Finally, the infinity potential well problem was resolved by means of a modified Dirac equation. By imposing that the flux of probability in the well’s walls was null, we obtained a transcendental equation whose solution is related to the Compton wavelength and that supplies the energy-momentum relation. Taking this same equation in the non-relativistic limit, we obtain the same discrete energy levels calculated by Costa Filho et al using the modified Schrodinger equation.
URI : http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77722
Derechos de acceso: Acesso Aberto
Aparece en las colecciones: DFI - Dissertações defendidas na UFC

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