
【化】 independent particle model
獨立粒子模型是一種理論簡化框架,假設系統中的粒子間無相互作用,每個粒子的運動狀态獨立于其他粒子。該模型将多體問題簡化為單體問題,便于求解量子态或統計行為。
Independent Particle Model (IPM) describes a system where particles do not interact with each other, allowing individual particle states to be analyzed separately. This approximation transforms complex many-body problems into tractable single-particle solutions.
無相互作用假設:
粒子間勢能 ( V{text{interaction}} = 0 ),哈密頓量簡化為單體算符之和:
$$
hat{H} = sum{i=1}^N hat{H}_i
$$
其中 ( hat{H}_i ) 為第 ( i ) 個粒子的獨立哈密頓量。
波函數可分離性:
系統總波函數可表示為單粒子波函數的乘積(玻色子)或斯萊特行列式(費米子)。例如,對費米子體系:
$$
Psi(mathbf{r}_1, mathbf{r}_2, dots, mathbf{r}_N) = frac{1}{sqrt{N!}} det begin{vmatrix} psi_i(mathbf{r}_j) end{vmatrix}
$$
適用場景:
中文術語 | 英文術語 | 學術語境差異 |
---|---|---|
獨立粒子模型 | Independent Particle Model (IPM) | 中文強調“獨立性”,英文突出“非相互作用” |
單粒子軌道 | Single-particle orbital | 均指模型中的個體量子态 |
平均場近似 | Mean-field approximation | IPM常作為其初始假設 |
量子力學教材:
統計物理文獻:
計算物理研究:
注:以上内容整合自量子力學與統計物理經典著作,定義與公式為領域共識。參考鍊接導向出版社官方頁面,需通過機構訂閱獲取全文。
獨立粒子模型是量子力學中處理多粒子體系的一種近似方法,其核心思想是将複雜的粒子間相互作用簡化為平均勢場,使每個粒子近似獨立運動。以下是詳細解釋:
基本定義與核心思想
該模型假設每個粒子在由其他粒子共同作用形成的平均勢場中獨立運動,忽略粒子間的瞬時相互作用(即關聯效應)。這種簡化源于粒子間相互作用遠小于平均場貢獻的假設。例如在原子核中,核子(中子、質子)被視為在平均勢阱中運動的費米氣體,主要受泡利不相容原理約束。
數學描述與關鍵參數
典型應用場景
局限性
由于忽略關聯效應,模型無法精确描述強相互作用體系(如超導、核物質相變)。更精确的方法(如Hartree-Fock理論)需自洽求解平均場以部分修正此問題。
總結來看,獨立粒子模型通過簡化相互作用為平均場,為複雜量子體系提供了可計算的框架,但其準确性受限于關聯效應的忽略程度。
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