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Racah W-coefficient

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81: 2018: 1527: 3742: 2699: 820: 3075: 362: 2370: 4599: 1705: 1217: 4215: 3454: 2405: 559: 4366: 2786: 94: 2121: 3443: 4377: 2013:{\displaystyle |(j_{1},(j_{2}j_{3})J_{23})JM\rangle =\sum _{m_{1}=-j_{1}}^{j_{1}}\sum _{M_{23}=-J_{23}}^{J_{23}}|j_{1}m_{1}\rangle |(j_{2}j_{3})J_{23}M_{23}\rangle \langle j_{1}m_{1}J_{23}M_{23}|JM\rangle } 1522:{\displaystyle |((j_{1}j_{2})J_{12}j_{3})JM\rangle =\sum _{M_{12}=-J_{12}}^{J_{12}}\sum _{m_{3}=-j_{3}}^{j_{3}}|(j_{1}j_{2})J_{12}M_{12}\rangle |j_{3}m_{3}\rangle \langle J_{12}M_{12}j_{3}m_{3}|JM\rangle } 547: 4008: 3921: 3834: 911: 4088: 2113: 3737:{\displaystyle w(abcd;ef)\equiv \sum _{z}{\frac {(-1)^{z+\beta _{1}}(z+1)!}{(z-\alpha _{1})!(z-\alpha _{2})!(z-\alpha _{3})!(z-\alpha _{4})!(\beta _{1}-z)!(\beta _{2}-z)!(\beta _{3}-z)!}}} 3261: 4057: 1675: 1617: 1158: 1129: 371:
and their definition is given in the next section. Racah coefficients have more convenient symmetry properties than the recoupling coefficients (but less convenient than the 6-
2694:{\displaystyle |((j_{1}j_{2})J_{12}j_{3})JM\rangle =\sum _{J_{23}}|(j_{1},(j_{2}j_{3})J_{23})JM\rangle \langle (j_{1},(j_{2}j_{3})J_{23})J|((j_{1}j_{2})J_{12}j_{3})J\rangle .} 1646: 1588: 1559: 1187: 1100: 1071: 1042: 1013: 984: 468: 439: 410: 815:{\displaystyle |(j_{1}j_{2})JM\rangle =\sum _{m_{1}=-j_{1}}^{j_{1}}\sum _{m_{2}=-j_{2}}^{j_{2}}|j_{1}m_{1}\rangle |j_{2}m_{2}\rangle \langle j_{1}m_{1}j_{2}m_{2}|JM\rangle ,} 952: 1697: 1209: 4235: 3070:{\displaystyle |((j_{1}j_{2})J_{12}j_{3})JM\rangle =\sum _{J_{23}}|(j_{1},(j_{2}j_{3})J_{23})JM\rangle W(j_{1}j_{2}Jj_{3};J_{12}J_{23}){\sqrt {(2J_{12}+1)(2J_{23}+1)}}.} 357:{\displaystyle W(j_{1}j_{2}Jj_{3};J_{12}J_{23})\equiv {\frac {\langle (j_{1},(j_{2}j_{3})J_{23})J|((j_{1}j_{2})J_{12},j_{3})J\rangle }{\sqrt {(2J_{12}+1)(2J_{23}+1)}}}.} 2365:{\displaystyle |j_{1}m_{1}\rangle |j_{2}m_{2}\rangle |j_{3}m_{3}\rangle ,\;\;m_{1}=-j_{1},\ldots ,j_{1};\;\;m_{2}=-j_{2},\ldots ,j_{2};\;\;m_{3}=-j_{3},\ldots ,j_{3}.} 4738: 2778: 495: 3272: 2748: 4080: 2722: 2397: 4987: 4594:{\displaystyle W(j_{1}j_{2}Jj_{3};J_{12}J_{23})=(-1)^{j_{1}+j_{2}+j_{3}+J}{\begin{Bmatrix}j_{1}&j_{2}&J_{12}\\j_{3}&J&J_{23}\end{Bmatrix}}.} 50:
angular momentum and in addition the p orbital has orbital angular momentum (an s orbital has zero orbital angular momentum). The atom may be described by
2375:
Hence, the two total angular momentum bases are related by a unitary transformation. The matrix elements of this unitary transformation are given by a
38:
The coefficients appear when there are three sources of angular momentum in the problem. For example, consider an atom with one electron in an
84:
Angular momenta in the Racah W coefficients. The top is a 2d plane projection as a quadrilateral, the bottom is a 3d tetrahedral arrangement.
4938: 4915: 4892: 4824: 4801: 4774: 500: 3927: 3840: 3753: 4610: 550: 2751: 4965: 23:
in 1942. These coefficients have a purely mathematical definition. In physics they are used in calculations involving the
828: 4982: 4210:{\displaystyle \max(\alpha _{1},\alpha _{2},\alpha _{3},\alpha _{4})\leq z\leq \min(\beta _{1},\beta _{2},\beta _{3}).} 62:. The transformation between the wave functions that correspond to these two couplings involves a Racah W-coefficient. 4960: 2026: 4793: 4766: 3266:
be the usual triangular factor, then the Racah coefficient is a product of four of these by a sum over factorials,
59: 4955: 2780:
to both sides of the equation. The definition of Racah W-coefficients lets us write this final expression as
3091: 368: 4014: 1651: 1593: 1134: 1105: 1622: 1564: 1535: 1163: 1076: 1047: 1018: 989: 960: 444: 415: 386: 4907: 4847: 4656: 4361:{\displaystyle W(abcd;ef)(-1)^{a+b+c+d}={\begin{Bmatrix}a&b&e\\d&c&f\end{Bmatrix}}.} 916: 1680: 1192: 4934: 4911: 4888: 4820: 4797: 4770: 24: 3438:{\displaystyle W(abcd;ef)=\Delta (a,b,e)\Delta (c,d,e)\Delta (a,c,f)\Delta (b,d,f)w(abcd;ef)} 4855: 4664: 28: 4714: 2756: 473: 4884: 4647: 2727: 4851: 4660: 4930: 4785: 4759: 4625: 4065: 2707: 2382: 2376: 43: 39: 4877: 4871: 4976: 47: 32: 80: 20: 4741: 4620: 4615: 4226: 2379:
and are known as recoupling coefficients. The coefficients are independent of
66: 69:, so any equation involving Racah's W-coefficients may be rewritten using 6- 4668: 4816: 73:
symbols. This is often advantageous because the symmetry properties of 6-
65:
Apart from a phase factor, Racah's W-coefficients are equal to Wigner's
4860: 4835: 2023:
Both coupling schemes result in complete orthonormal bases for the
79: 542:{\displaystyle \mathbf {J} =\mathbf {j} _{1}+\mathbf {j} _{2}} 88:
Racah coefficients are related to recoupling coefficients by
4003:{\displaystyle \alpha _{3}=a+c+f;\quad \beta _{3}=b+c+e+f;} 3916:{\displaystyle \alpha _{2}=c+d+e;\quad \beta _{2}=a+d+e+f;} 3829:{\displaystyle \alpha _{1}=a+b+e;\quad \beta _{1}=a+b+c+d;} 4512: 4314: 4229:, which have even more convenient symmetry properties 441:
is the construction of simultaneous eigenfunctions of
4717: 4380: 4238: 4091: 4068: 4017: 3930: 3843: 3756: 3457: 3275: 3094: 2789: 2759: 2730: 2710: 2408: 2385: 2124: 2029: 1708: 1683: 1654: 1625: 1596: 1567: 1538: 1220: 1195: 1166: 1137: 1108: 1079: 1050: 1021: 992: 963: 919: 831: 562: 503: 476: 447: 418: 389: 97: 906:{\displaystyle J=|j_{1}-j_{2}|,\ldots ,j_{1}+j_{2}} 4876: 4870: 4758: 4732: 4645:Racah, G. (1942). "Theory of Complex Spectra II". 4593: 4360: 4209: 4074: 4051: 4002: 3915: 3828: 3736: 3437: 3255: 3069: 2772: 2742: 2716: 2693: 2391: 2364: 2107: 2012: 1691: 1669: 1640: 1611: 1582: 1553: 1521: 1203: 1181: 1152: 1123: 1094: 1065: 1036: 1007: 978: 946: 905: 814: 541: 489: 462: 433: 404: 356: 4159: 4092: 4225:Racah's W-coefficients are related to Wigner's 2108:{\displaystyle (2j_{1}+1)(2j_{2}+1)(2j_{3}+1)} 2724:follows readily by writing this equation for 8: 2942: 2853: 2685: 2564: 2561: 2472: 2206: 2178: 2150: 2007: 1953: 1950: 1896: 1775: 1516: 1462: 1459: 1431: 1284: 806: 752: 749: 721: 600: 293: 169: 4784:Condon, Edward U.; Shortley, G. H. (1970). 4836:"General formula of the Racah coefficient" 4696:The theory of atomic structure and spectra 2313: 2312: 2263: 2262: 2213: 2212: 367:Recoupling coefficients are elements of a 4859: 4721: 4716: 4707:Brink, D M & Satchler, G R (1968). 4574: 4557: 4543: 4531: 4519: 4507: 4493: 4480: 4467: 4462: 4437: 4427: 4414: 4401: 4391: 4379: 4309: 4282: 4237: 4195: 4182: 4169: 4141: 4128: 4115: 4102: 4090: 4067: 4022: 4016: 3967: 3935: 3929: 3880: 3848: 3842: 3793: 3761: 3755: 3713: 3688: 3663: 3644: 3619: 3594: 3569: 3528: 3517: 3501: 3495: 3456: 3274: 3243: 3239: 3200: 3093: 3047: 3022: 3010: 3001: 2991: 2978: 2965: 2955: 2927: 2914: 2904: 2888: 2876: 2868: 2863: 2838: 2828: 2815: 2805: 2790: 2788: 2764: 2758: 2729: 2709: 2673: 2663: 2650: 2640: 2625: 2613: 2600: 2590: 2574: 2546: 2533: 2523: 2507: 2495: 2487: 2482: 2457: 2447: 2434: 2424: 2409: 2407: 2384: 2353: 2334: 2318: 2303: 2284: 2268: 2253: 2234: 2218: 2200: 2190: 2181: 2172: 2162: 2153: 2144: 2134: 2125: 2123: 2090: 2065: 2040: 2028: 1996: 1990: 1980: 1970: 1960: 1944: 1934: 1921: 1911: 1899: 1890: 1880: 1871: 1863: 1858: 1851: 1835: 1830: 1818: 1813: 1806: 1790: 1785: 1760: 1747: 1737: 1721: 1709: 1707: 1684: 1682: 1661: 1656: 1653: 1632: 1627: 1624: 1603: 1598: 1595: 1574: 1569: 1566: 1545: 1540: 1537: 1505: 1499: 1489: 1479: 1469: 1453: 1443: 1434: 1425: 1415: 1402: 1392: 1380: 1372: 1367: 1360: 1344: 1339: 1327: 1322: 1315: 1299: 1294: 1269: 1259: 1246: 1236: 1221: 1219: 1196: 1194: 1173: 1168: 1165: 1144: 1139: 1136: 1115: 1110: 1107: 1086: 1081: 1078: 1057: 1052: 1049: 1028: 1023: 1020: 999: 994: 991: 970: 965: 962: 918: 897: 884: 866: 860: 847: 838: 830: 795: 789: 779: 769: 759: 743: 733: 724: 715: 705: 696: 688: 683: 676: 660: 655: 643: 638: 631: 615: 610: 585: 575: 563: 561: 533: 528: 518: 513: 504: 502: 481: 475: 454: 449: 446: 425: 420: 417: 396: 391: 388: 333: 308: 281: 268: 255: 245: 230: 218: 205: 195: 179: 166: 154: 144: 131: 118: 108: 96: 4925:Biedenharn, L. C.; Louck, J. D. (1981). 58:coupling as explained in the article on 4637: 4902:Zare, Richard N. (1988). "Chapter 2". 4869:Brink, D. M.; Satchler, G. R. (1993). 4761:Angular Momentum in Quantum Mechanics 4683:Elementary theory of angular momentum 3256:{\displaystyle \Delta (a,b,c)=^{1/2}} 7: 1532:Alternatively, one may first couple 4988:Representation theory of Lie groups 4927:Angular Momentum in Quantum Physics 4698:(Univ of California Press), p. 148. 4052:{\displaystyle \alpha _{4}=b+d+f.} 3381: 3357: 3333: 3309: 3095: 957:Coupling of three angular momenta 14: 1670:{\displaystyle \mathbf {J} _{23}} 1612:{\displaystyle \mathbf {J} _{23}} 1153:{\displaystyle \mathbf {J} _{12}} 1124:{\displaystyle \mathbf {J} _{12}} 549:, as explained in the article on 1685: 1657: 1641:{\displaystyle \mathbf {j} _{1}} 1628: 1599: 1583:{\displaystyle \mathbf {j} _{3}} 1570: 1554:{\displaystyle \mathbf {j} _{2}} 1541: 1197: 1182:{\displaystyle \mathbf {j} _{3}} 1169: 1140: 1111: 1095:{\displaystyle \mathbf {j} _{2}} 1082: 1066:{\displaystyle \mathbf {j} _{1}} 1053: 1044:, may be done by first coupling 1037:{\displaystyle \mathbf {j} _{3}} 1024: 1008:{\displaystyle \mathbf {j} _{2}} 995: 979:{\displaystyle \mathbf {j} _{1}} 966: 529: 514: 505: 463:{\displaystyle \mathbf {J} ^{2}} 450: 434:{\displaystyle \mathbf {j} _{2}} 421: 405:{\displaystyle \mathbf {j} _{1}} 392: 383:Coupling of two angular momenta 77:symbols are easier to remember. 4840:Progress of Theoretical Physics 4221:Relation to Wigner's 6-j symbol 3962: 3875: 3788: 4459: 4449: 4443: 4384: 4279: 4269: 4266: 4242: 4201: 4162: 4147: 4095: 3725: 3706: 3700: 3681: 3675: 3656: 3650: 3631: 3625: 3606: 3600: 3581: 3575: 3556: 3548: 3536: 3514: 3504: 3485: 3461: 3432: 3408: 3402: 3384: 3378: 3360: 3354: 3336: 3330: 3312: 3303: 3279: 3236: 3229: 3205: 3194: 3173: 3167: 3149: 3143: 3125: 3122: 3116: 3098: 3059: 3037: 3034: 3012: 3007: 2948: 2933: 2920: 2897: 2881: 2877: 2844: 2821: 2798: 2795: 2791: 2679: 2656: 2633: 2630: 2626: 2619: 2606: 2583: 2567: 2552: 2539: 2516: 2500: 2496: 2463: 2440: 2417: 2414: 2410: 2182: 2154: 2126: 2102: 2080: 2077: 2055: 2052: 2030: 1997: 1927: 1904: 1900: 1872: 1766: 1753: 1730: 1714: 1710: 1506: 1435: 1408: 1385: 1381: 1275: 1252: 1229: 1226: 1222: 947:{\displaystyle M=-J,\ldots ,J} 867: 839: 796: 725: 697: 591: 568: 564: 345: 323: 320: 298: 287: 261: 238: 235: 231: 224: 211: 188: 172: 160: 101: 1: 4813:Quantum Mechanics (Volume II) 2115:dimensional space spanned by 4790:The Theory of Atomic Spectra 4711:(Oxford University Press) 3 1692:{\displaystyle \mathbf {J} } 1204:{\displaystyle \mathbf {J} } 4961:Encyclopedia of Mathematics 4956:"Racah-Wigner coefficients" 4815:(12th ed.). New York: 4611:Clebsch–Gordan coefficients 551:Clebsch–Gordan coefficients 5004: 4929:. Reading, Massachusetts: 4794:Cambridge University Press 4767:Princeton University Press 4220: 1189:to total angular momentum 4765:. Princeton, New Jersey: 4082:is finite over the range 60:angular momentum coupling 4883:(3rd ed.). Oxford: 4834:Sato, Masachiyo (1955). 4817:North Holland Publishing 4811:Messiah, Albert (1981). 4757:Edmonds, A. R. (1957). 379:Recoupling coefficients 4734: 4669:10.1103/PhysRev.62.438 4595: 4362: 4211: 4076: 4053: 4004: 3917: 3830: 3738: 3439: 3257: 3071: 2774: 2744: 2718: 2695: 2393: 2366: 2109: 2014: 1870: 1825: 1693: 1671: 1642: 1613: 1584: 1555: 1523: 1379: 1334: 1205: 1183: 1154: 1125: 1096: 1067: 1038: 1009: 980: 948: 907: 816: 695: 650: 543: 491: 464: 435: 406: 369:unitary transformation 358: 85: 42:and one electron in a 17:Racah's W-coefficients 4735: 4733:{\displaystyle ^{rd}} 4681:Rose, M. E. (1957). 4596: 4363: 4212: 4077: 4054: 4005: 3918: 3831: 3739: 3440: 3258: 3072: 2775: 2773:{\displaystyle J_{-}} 2745: 2719: 2696: 2394: 2367: 2110: 2015: 1826: 1781: 1694: 1672: 1643: 1614: 1585: 1556: 1524: 1335: 1290: 1206: 1184: 1155: 1126: 1097: 1068: 1039: 1010: 981: 949: 908: 817: 651: 606: 544: 492: 490:{\displaystyle J_{z}} 465: 436: 407: 359: 83: 4715: 4378: 4236: 4089: 4066: 4015: 3928: 3841: 3754: 3455: 3273: 3092: 2787: 2757: 2728: 2708: 2704:The independence of 2406: 2383: 2122: 2027: 1706: 1681: 1652: 1623: 1594: 1565: 1536: 1218: 1193: 1164: 1135: 1106: 1077: 1048: 1019: 990: 961: 917: 829: 560: 501: 474: 445: 416: 387: 95: 46:. Each electron has 4983:Rotational symmetry 4852:1955PThPh..13..405S 4694:Cowan, R D (1981). 4661:1942PhRv...62..438R 2743:{\displaystyle M=J} 19:were introduced by 4861:10.1143/PTP.13.405 4730: 4591: 4582: 4358: 4349: 4207: 4072: 4049: 4000: 3913: 3826: 3734: 3500: 3435: 3253: 3067: 2875: 2770: 2740: 2714: 2691: 2494: 2389: 2362: 2105: 2010: 1689: 1667: 1638: 1609: 1580: 1551: 1519: 1201: 1179: 1150: 1131:and next coupling 1121: 1092: 1063: 1034: 1005: 976: 944: 903: 812: 539: 487: 460: 431: 402: 354: 86: 25:quantum mechanical 4655:(9–10): 438–462. 4075:{\displaystyle z} 3732: 3491: 3062: 2859: 2752:lowering operator 2750:and applying the 2717:{\displaystyle M} 2478: 2392:{\displaystyle M} 553:. 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Index

Giulio Racah
quantum mechanical
angular momentum
atomic theory
s orbital
p orbital
electron spin
angular momentum coupling
6-j symbols

unitary transformation
Clebsch–Gordan coefficients
scalar product
lowering operator
6-j symbols
Clebsch–Gordan coefficients
3-j symbol
6-j symbol
Pandya theorem
Physical Review
Bibcode
1942PhRv...62..438R
doi
10.1103/PhysRev.62.438
online
Angular Momentum in Quantum Mechanics
Princeton University Press
ISBN
0-691-07912-9
"Chapter 3"

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