четверг, 26 мая 2011 г.

Задачи с моралью

Задачи бывают разные: простые и сложные, интересные и не очень. Чтобы быть интересной, мне кажется, задача должна содержать некоторую мораль. То есть, при решении такой задачи должен становиться очевидным некоторый общий принцип или утверждение. Говоря образно, каждая такая задача является своеобразной хэш-функцией морали, которая в ней заключена. Вот два примера. Первый знают, видимо, все мои знакомые, а второй я придумал недавно.
1. Вычислить интеграл
\begin{equation}\int\limits_{-\infty}^{\infty}dy\int\limits_{-\infty}^{\infty}dx\frac{x^2-y^2}{(x^2+y^2+1)^2}\end{equation}
2. Найти борновское сечение рассеяния заряженной частицы в поле статических зарядов с плотностью
\begin{equation}Ze\left[\delta^{(3)}(\mathbf{r})-2\theta(z)ae^{-a z}\delta^{(2)}(\boldsymbol{\rho})\right]\end{equation}
Обе задачи тривиальны и вопрос, конечно, не в том чтобы найти решение, а чтобы понять мораль. Ответом на каждую такую задачу естественно считать пример задачи, имеющей ту же мораль.

PS Да, во второй задаче частицы налетают не обязательно вдоль $z$.
PPS $a>0$, понятно.

17 комментариев:

  1. А что такое сечение рассеяния?

    ОтветитьУдалить
  2. Вспоминается анекдот: мужик стоит перед зеркалом, смотрит на отражение и говорит "Ну... Ну...". А жена из кухни кричит "Вася, ты уже проснулся". Мужик: "О! Вася!". Ты там не слишком много работаешь/пьешь?

    ОтветитьУдалить
  3. 1. Я думаю, первый интеграл - ноль - в силу симметрии и антисимметрии по немым переменным интегрирования.

    2. Первая дельта-функция соответствует точечному заряду с Кулоновским потенциалом (как ядро в атоме), а второй член - распределенный вдоль зед заряд. Что получится в результате вычисления Борновской амплитуды - не знаю, не считал.

    3. У меня есть другая, подобная задачка - рассеяние нейтрона на ядре, связанном в атоме. Микроскопический потенциал взаимодействия нейтрона с ядром можно считать дельта-образным $V(\vec{r}_N - \vec{r}_n)=\delta(\vec{r}_N - \vec{r}_n)$, но связанное в атоме ядро крутится и размазывает этот сингулярный потенциал. В итоге потенциальная энергия взаимодействия нейтрона с атомом становится тоже размазанной, экспоненциальной и зависящей от состояния атома |n>.

    ОтветитьУдалить
  4. Не, Рома, я правда не понял. Вторая часть это ж нитка с экспоненциально растущей плотностью заряда. Я так понимаю, тут не будет ни плоской падающей ни асимптотически расходящейся волн? Не понятно, что такое амплитуда рассеяния.

    Я думаю, что если даже отвлечься от квантовой механики, то можно попытаться найти потенциал от распределения заряда δ(ρ)exp(−az), но, что-то мне подсказывает, что корректно поставленной краевой задачи всё равно не получится.

    ОтветитьУдалить
  5. В смысле, что формально выражение для потенциала от нитки с плотностью заряда exp(-az) написать можно. Это, видимо, комбинация Бесселей $J_{0}(a\rho)e^{-az}$ и $Y_{0}(a\rho)e^{-az}$. Коэффициенты можно подобрать, так чтобы иметь логарифм в пределе $a\to 0$ (типа нитка с постоянной плотностью заряда). Только эти решения нефизические, потому как нет в них постоянства знака производной.

    ОтветитьУдалить
  6. Ой, Гриша, это я затупил, там тета стоит. Щас исправлю

    ОтветитьУдалить
  7. @vladimirkalitvianski: А вы попробуйте честно интеграл взять, сначала по $x$, а потом по $y$

    ОтветитьУдалить
  8. Я бы и взял честно, но на память таблицы интегралов не помню, и потом, я не вполне честный человек и всегда ищу предлог, чтобы уклониться от работы. Например, в полярных координатах я получаю интеграл от косинуса удвоенного угла в пределах $(0,2\pi)$, что дает синус, равный нулю на обоих пределах. Можно еще посмотреть на подынтегральное выражение графически и увидеть антисимметрию подынтегрального выражения в симметричных пределах. Так я избегнул честного вычисления.

    ОтветитьУдалить
  9. Мля... я уже доехал до дома и открыл Рихтмайера на предмет изучения индексов дефекта фон Неймана, так как подозревал мухлёж с двумя решениями уравнения $(\Delta+a^{2})\phi=\delta^{2}(\mathbf{\rho})$. Понятно, значит распределение заряда типа "сперматозоид".

    ОтветитьУдалить
  10. Распределение заряда вдоль оси z экспоненциальное, не совпадающее с точечным, поэтому будет какой-то нетривиальный форм-фактор.

    Рассеяние на малые углы может получиться слабым из-за "экранирования", но на большие углы сечение будет асимметричным, нетривиальным, больше похожим на Резерфорда.

    ОтветитьУдалить
  11. @8.Vladimir Kalitvianski нет, мораль не поняли, сорри.

    ОтветитьУдалить
  12. @9. О, точно, не при детях будет сказано.

    ОтветитьУдалить
  13. Каюсь, морали не понял ни первом, ни во втором случае.

    ОтветитьУдалить
  14. Задачи не решили - морали не поняли, все правильно.

    ОтветитьУдалить
  15. Неужели первый интеграл не ноль? Неужели второй интеграл ноль? Не вижу!

    ОтветитьУдалить
  16. Ну не томи, в чем мораль первого интеграла?

    ОтветитьУдалить