Hat der Bahndrehimpuls keine Bedeutung für einzelne Photonen?

  1. Bei der Quantisierung des freien elektromagnetischen Feldes wird festgestellt, dass die linkszirkular polarisierten Photonen der Helizität entsprechen S → ⋅ P ^ = + ℏ und rechtszirkular polarisierten Photonen entspricht S → ⋅ P ^ = − ℏ . Sie entsprechen jeweils den Zuständen

    A k → , + † | 0 ⟩ , Und A k → , − † | 0 ⟩
    Wo
    A k → , ± † = 1 2 ( A k → , 1 † ± A k → , 2 † ) .
    Diese kleine Berechnung wird im QFT-Buch von Maggiore durchgeführt, indem die Aktion des Spin-Operators betrachtet wird S ich J auf diesen Staaten. Über den Bahndrehimpuls einzelner Photonen wird jedoch nichts gesagt. Meine Frage ist, ob einzelne Photonen auch einen Bahndrehimpuls tragen? Wenn ja, was sind die Werte des Bahndrehimpulses in Ein-Teilchen-Zuständen? Kann die Überlagerung zweier Photonen einen Bahndrehimpuls haben? Wenn ja, wie werden die möglichen Werte bestimmt?

  2. In der klassischen Elektrodynamik (Ref. JD Jackson, 3. Auflage, Seite 350) oder der klassischen Feldtheorie wird der Drehimpuls des elektromagnetischen Feldes definiert als

    J → = ϵ 0 ∫ D 3 X X → × ( E → × B → )
    die auf die Form reduziert werden kann
    J → = ϵ 0 ∫ D 3 X [ E → × A → + ∑ ich = 1 3 E J ( X → × ∇ → ) A J ) .
    Der erste Term kann mit dem Spinbeitrag des Felddrehimpulses identifiziert werden, der seinen Ursprung im Spindrehimpuls einzelner Photonen hat. Der zweite Term wird mit Bahndrehimpuls des Feldes identifiziert? Hat dieser Bahndrehimpuls einen quantenmechanischen Ursprung?

  3. Hat der Bahndrehimpuls einzelner Photonen keine Bedeutung? Ist es nur eine Eigenschaft, die nur entsteht , wenn das Sammeln von Photonen ein klassisches Feld aufbaut?

Antworten (3)

Meine Frage ist, ob einzelne Photonen auch einen Bahndrehimpuls tragen?

Ja. Siehe https://en.m.wikipedia.org/wiki/Orbital_angular_momentum_of_light

Wenn ja, was sind die Werte des Bahndrehimpulses in Ein-Teilchen-Zuständen?

Um die Wikipedia-Seite zu zitieren

Insbesondere in einer Quantentheorie können einzelne Photonen die folgenden Werte des OAM haben: L z = M ℏ .

Also nicht nur auf klassischem Niveau.

Kann die Überlagerung zweier Photonen einen Bahndrehimpuls haben?

Sicher, sie sind Bosonen, also können sie sogar die gleiche Bahndrehimpuls-Quantenzahl haben.

Kurz aber süß. Die Wikipedia-Seite leistet in diesem Fall tatsächlich gute Arbeit.
@Rococo Nur so kurz wie es ist, weil ich die letzte Frage ignoriert habe, zB 'wie man seine möglichen Werte bestimmt'

Ja, einzelne Photonen können einen Bahndrehimpuls haben. Im Gegensatz zu Spin müssen sie jedoch keine haben. Wie im klassischen Fall wird der Bahnimpuls einzelner Photonen durch die Form ihrer EM-Mode bestimmt – grob gesagt muss die Wellenfront einen helikalen Aspekt haben. Dies bedeutet insbesondere, dass die Eigenmoden des Lichts in einer 3D-Box (zumindest einer mit unterschiedlich langen Seiten) keinen Bahndrehimpuls haben, was ein Grund dafür ist, dass er bei vielen QFT-Behandlungen ignoriert wird.

Der Bahndrehimpuls einzelner Photonen ist derzeit aufgrund von Anwendungen in der Quanteninformation ein beliebtes Forschungsthema. Hier ist zum Beispiel ein kürzlich erschienenes Papier (frei zugänglich), in dem die Autoren eine Verschränkung zwischen Photonenpaaren im Bahndrehimpuls-Freiheitsgrad erzeugen.

Auch hier kurz beantwortet: physical.stackexchange.com/q/21744
@SRS Jemand sollte auch Anwendungen elektromagnetischer Strahlen mit OAM in optischen Pinzetten gerecht werden, siehe zum Beispiel dieses Papier: st-andrews.ac.uk/~photon/manipulation/images/pdfs/HOBB.pdf . Irgendwann erwog die NASA eine makroskopische Version zur Entnahme von Staubproben im Weltraum, aber ich habe den Link gerade nicht.

Betrachten Sie für einige experimentelle Beweise für Photonen mit Bahndrehimpuls die Gammas, die eingestrahlt werden 2 + → 0 + Übergänge in Even-Even-Kernen.

Ich bin mir bei der Überlagerungsfrage nicht sicher, aber experimentell die Coulomb-Anregung von a 4 + Zustand von a 0 + könnte als über zwei virtuelle erklärt werden E 2 Photonen. (Kommentare von anderen nuklearen Peeps sind willkommen. ;) )

Ich bin mir nicht sicher, ob das richtig ist --- Ich habe immer gedacht, dass ein elektromagnetischer Übergang mit hohem Multipol den Drehimpuls in dem System gespeichert hat, das aus dem emittierten Photon und dem emittierenden Kern besteht. Es gibt viele Jahrzehnte Literatur über multipolare elektromagnetische Übergänge, aber Diskussionen über den Bahndrehimpuls in freien Photonen scheinen jüngeren Datums zu sein.
Hat der Bahndrehimpuls keine Bedeutung für einzelne Photonen?
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