問18 1次元 調和振動子 の コヒーレント状態
は、(非エルミート的な) 消滅演算子
の固有状態として定義される:

ここで
は一般に複素数である。

を

の形に書け。
の
に関する分布が、ポアソン型であることを示せ。
を最大にする
の値、したがって
の値
を見出せ。
を 基底状態
に作用させることによっても 得られることを示せ。ここで
は
運動量演算子で、
は変位の距離である。
が規格化されていることが、

と示される。また、コヒーレント状態であることが、 ベーカー・ハウスドルフの補助定理 を用いて

と示される。

であり、運動量のゆらぎは

となるので、コヒーレント状態
は、最小不確定
関係

を満たす。 波束の図
をエネルギー固有状態
で
展開すると

となるので、

を得る。したがって、
の
に関するポアッソン型分布

を得る。 ここで両辺の対数をとると

となる。したがって、不等式

すなわち

を満たす限り、
は増加関数

となるので、
が
を越えない最大の整数のとき
が最大値をとる。したがって、
を最大にする
の値
および
の値は、 ガウスの記号
を使って

と表される。
に有限変位の平行移動演
算子
を作用させた状態

に消滅演算子
を作用させると

となる。したがって、状態
は、固有値

を持つコヒーレント状態である。ただし、上の計算で ベーカー・ハウスドルフの補助定理 と交換関係

および調和振動子の基底状態の性質
を使った。
以上のことから、問11でも扱った、振動する古典的調和振動子に対応する状態
はコヒーレント状態であることが分かる。