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Bogolyubov变换

这只是一个小技巧啦,用于将 $\hat a^\dagger\hat b^\dagger,\hat a\hat b$ 形式对角化

单态情形

简单起见先计算单态情况,根据哈密顿量厄米性和$[\hat a,\hat a^\dagger]=1$假设

1写为矩阵形式

我们希望引入变换$U$使得$H=a^\dagger U^\dagger [(U^\dagger)^{-1}hU^{-1}]Ua$括号内为对角,并且$b=Ua$满足

根据$\hat b,\hat b^\dagger$厄米共轭可知$u_{21}^=u_{12},u_{22}^=u_{11}$。所以可设

所以代入(1.2)得$\alpha=\beta=0$时

可选取$\tanh2\theta=\frac{2q}{p}$使得对角,并有

所以

或者写为

需要注意一个问题,$\tanh2\theta\in(-1,1)$,要求$|2q|\le|p|$,其物理意义尚不明确

双态情形

其实往往见到的是两套产生-湮灭,记为$\hat a,\hat b$。由厄米性可知,哈密顿量可写为

$\hat a^\dagger\hat a^\dagger+\hat a\hat a,\hat b^\dagger\hat b^\dagger+\hat b\hat b$项可在单态情形中消去,因此不写出。$\hat a^\dagger\hat b+\hat a\hat b^\dagger$项可通过重新定义$a,b$消去,即

实对称矩阵可以通过正交矩阵对角化,所以变换后的$a,b$仍然满足标准的对易关系。因此(2.1)可设$s=0$

假设变换关系为

则显式得写出来

当然还有其他对易关系,但是要么是显然的,要么包括在以上三个限制条件中了。

不妨设

回代(2.2),和单态结果几乎完全一样嘛,得到