Tensorial Formulation of the Quantum Harmonic Oscillator in Curvilinear Coordinates

Contenido principal del artículo

Juan Carlos Marine Olivo
Juan Toribio Milane
Kelvin Antonio Florimón de Jesús
José Miguel Sánchez Gómez

Resumen

This article develops a tensorial framework for the analysis of the threedimensional isotropic quantum harmonic oscillator in curvilinear coordinates. Starting from the metric tensor and the associated geometric structures, we derive the line element, scale factors, surface and volume elements, as well as the Beltrami–Laplacian operator in orthogonal systems. Within this geometric setting, the stationary Schrödinger equation is solved in Cartesian, cylindrical, and spherical coordinates. The separation of variables naturally leads to families of orthogonal polynomials, Hermite and associated Laguerre; whose orthogonality is dictated by the corresponding Riemannian measures. The resulting spectrum, EN = ℏω (N + 32), exhibits the characteristic degeneracy gN = (N+1)(N+2)/2 , reflecting the isotropy of the potential. Regularity and self-adjointness conditions are discussed, ensuring the physical validity of the eigenfunctions. The metric and Laplacian in cylindrical elliptic coordinates are also introduced, laying groundwork for future studies on separability and anisotropy.

Detalles del artículo

Sección

Ciencias Formales y Naturales

Biografía del autor/a

Juan Carlos Marine Olivo, Universidad Autónoma de Santo Domingo

Juan Carlos Marine Olivo es un académico dominicano especializado en Física Relativista, Mecánica Cuántica y Métodos de la Física Matemática, con maestría en Física por la Universidad Autónoma de Santo Domingo (UASD) y experiencia docente en los Departamentos de Física y Matemáticas de esa universidad, así como en programas de maestría. Ha publicado los libros Física cuántica: Fundamentos y aplicaciones y Matemáticas para tercero de secundaria: enfoque por competencias y aplicaciones. En el ámbito académico y de gestión, fue director de Investigación del Recinto UASD La Vega, además de docente y coordinador del área de Ciencias de la Naturaleza en la UNPHU entre 2008 y 2016. También ha ejercido como docente de Física y Matemática en el nivel secundario público y actualmente se desempeña como técnico regional del Ministerio de Educación de la República Dominicana (MINERD). Es miembro pleno de la Sociedad Dominicana de Física (SODOFI) y su trayectoria articula investigación, docencia y gestión educativa.

Juan Toribio Milane, Universidad Autónoma de Santo Domingo

Juan Toribio Milane es un académico dominicano con trayectoria en investigación, docencia y gestión universitaria, miembro de la Carrera Nacional de Investigación y participante en diversos proyectos como investigador principal y coinvestigador. Posee maestrías en Matemáticas y Física por la Universidad Autónoma de Santo Domingo (UASD), con especialización en Análisis Real, Análisis de Variables Complejas, Análisis Funcional, Teoría de la Medida e Integración, Topología y Ecuaciones Diferenciales Parciales. Ha sido asesor de más de quince tesis de maestría y docente en programas de posgrado en Física, donde ha impartido asignaturas como Métodos Matemáticos y Física Cuántica, además de ejercer la docencia en los departamentos de Física y Matemáticas de la UASD. En el ámbito de la gestión académica, fue director de Investigación del Recinto UASD Santiago y coordinador de la maestría en Matemáticas Puras, así como docente en programas propedéuticos de Química y Estadística. También trabajó como docente y coordinador general de Matemáticas en el colegio bilingüe New Horizons y cuenta con más de una década de experiencia en la docencia secundaria pública. Actualmente cursa la fase final de un doctorado interuniversitario en Matemáticas Puras y Aplicadas, desarrollado entre la UASD, la PUCMM y el INTEC, y coordina el grupo de Análisis Matemático y Matemática Aplicada (GAMMA). Es miembro pleno de las sociedades dominicanas de Matemáticas y de Física, y su trayectoria integra formación rigurosa, vocación docente y compromiso sostenido con el desarrollo científico nacional.

Kelvin Antonio Florimón de Jesús, Ministerio de Educación de la República Dominicana

Nacido el 9 de abril de 1995 en la comunidad de El Papayo, municipio El Factor, provincia María Trinidad Sánchez, República Dominicana, es egresado de la Universidad Autónoma de Santo Domingo (UASD), donde cursó la Licenciatura en Educación Media, mención Matemática, y la Maestría en Matemáticas para Educadores.

Cómo citar

Tensorial Formulation of the Quantum Harmonic Oscillator in Curvilinear Coordinates. (2026). Alma Mater, 1(1). https://doi.org/10.64678/g64kxf21

Referencias

Arfken, G. B., Weber, H. J., & Harris, F. E. (2012). Mathematical methods for physicists (7th ed.). Elsevier.

Frankel, T. (2011). The geometry of physics: An introduction. Cambridge University Press.

Itskov, M. (2019). Tensor algebra and tensor analysis for engineers: With applications to continuum mechanics (5th ed.). Springer.

Kussen, B. R., & Westwig, E. A. (2006). Mathematical physics: Applied mathematics for scientists and engineers (2nd ed.). Wiley-VCH.

Milane, J. T. (2015). El oscilador armónico en coordenadas cartesianas, cilíndricas, esféricas y elípticas cilíndricas: Un enfoque comparativo [The harmonic oscillator in Cartesian, cylindrical, spherical, and cylindrical-elliptic coordinates: A comparative approach] [Tesis de maestría, Universidad Autónoma de Santo Domingo, Facultad de Ciencias, Escuela de Física]. https://repositoriovip.uasd.edu.do/handle/123456789/660

Rañada, M. (2008). Diez lecciones sobre sistemas hamiltonianos, integrabilidad y separabilidad [Ten lessons on Hamiltonian systems, integrability, and separability] [Material de curso]. Facultad de Matemáticas, Universidad Politécnica de Cataluña, Universidad de Zaragoza.

Robson, B. A. (2020). The Dirac equation in curved spacetime: A guide for calculations. Springer.

Sakurai, J. J., & Napolitano, J. (2017). Modern quantum mechanics (2nd ed.). Cambridge University Press.

Shima, H., & Nakayama, T. (2010). Higher mathematics for physics and engineering. Springer.

Sochi, T. (2016). Tensor calculus [Preprint]. arXiv. https://arxiv.org/abs/1610.04347

Spiegel, M. R. (2011). Análisis vectorial [Vector analysis]. McGraw-Hill.