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共鳴の幅と寿命:Breit–Wigner を1次元で見る

2026年10月15日1分で読めますAI生成教科書『基礎理論』第11部 第7章 補講:1次元散乱と共鳴透過

AI 生成・木下が未勉強

量子力学入門 第11部 第7章 §11.7.2 ★ 二重障壁で Γ=ℏ/τ\Gamma=\hbar/\tau。Breit–Wigner の1次元版(共鳴トンネルダイオード)。補講。

障壁を2枚立てた二重障壁では共鳴はさらに鋭くなる。壁の透過振幅が小さいほど中の準安定状態は長生きし(寿命 τ\tau 大)、透過ピークは狭くなる(幅 Γ=ℏ/τ\Gamma=\hbar/\tau)——第5章の Breit–Wigner・第8部『時間依存摂動論とダイナミクス』のエネルギー時間の関係が共振器の言葉で再現される。ピーク中心では壁がどんなに厚くても T=1T=1:中に溜まった波が壁越しに染み出して直接反射と完全相殺する。半導体での実装が共鳴トンネルダイオード(負性微分抵抗)である。第7部のトンネル(T=e−2LT=\mathrm{e}^{-2L}:単調)と本章の共鳴(干渉で T=1T=1 まで跳ねる)の対比は、振幅だけ運ぶ近似と位相の干渉まで運ぶ厳密解の違いを際立たせる。

補講のまとめ

1次元井戸の透過率 (11.7.1):一般に反射するが qa=nπqa=n\pi(半波長が整数個)で厳密に T=1T=1——両端反射波の相殺(Ramsauer–Townsend の機構)。二重障壁で共鳴は鋭くなり幅 Γ=ℏ/τ\Gamma=\hbar/\tau——Breit–Wigner の1次元版(共鳴トンネルダイオード)。共鳴=「一旦つかまって染み出す」は3次元(第5章)・複素極(前章)と同じ物理である。

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