Ich studiere den Photonenspin und gehe davon aus, dass der Drehimpuls des Spins gleich 1 ist (von QED). In meinem Buch steht, bezogen auf Photonen, dass es keinen Sinn macht, zwischen Spin und Drehimpuls zu unterscheiden. Können Sie mir erklären, warum?
Es gibt eine Reihe von Dingen, die Ihr Buch mit diesem Satz bedeuten könnte, und es ist unmöglich, genau zu sagen, was der Text ohne den genauen Wortlaut beinhaltet. Es gibt jedoch eine Reihe von hervorstechenden Punkten zu beachten.
Spin ist eine Art Drehimpuls. Der Drehimpuls ist im Wesentlichen die Erhaltungsgröße, die über den Satz von Noether der Rotationsinvarianz entspricht: Mit anderen Worten, wenn der Hamiltonian eines Systems rotationsinvariant ist, bleibt der Drehimpuls erhalten, und der Drehimpuls fungiert als Generator der Rotation Transformationen. Bei Teilchen mit Spin ist es der Spin, der als Rotationsgenerator fungiert, so dass allein das Geschäft besiegelt sein sollte, aber wir wissen auch, dass er in den üblicheren mechanischen Drehimpuls umgewandelt werden kann (über den Einstein-de-Haas-Effekt ) .
Dasselbe gilt für Photonen – ihr Spin fungiert als Generator für die Drehungen der internen Freiheitsgrade des elektromagnetischen Felds, dh der Vektoraspekte der Polarisation des EM-Felds, und kann ebenso gut mechanisch wirken (ein Werkzeug, das als optisches Schraubenschlüssel ), um Drehimpuls auf materielle Teilchen zu übertragen.
Andererseits ist Spin nicht die einzige Art von Drehimpuls, die Licht aufnehmen kann. Stattdessen kann Licht genau wie Materie einen Bahndrehimpuls enthalten , der sich aus der räumlichen Verteilung seiner linearen Impulsdichte und damit aus der Anordnung seiner Wellenfronten und räumlichen Abhängigkeit ergibt. Und wie im obigen Link können auch optische Schlüssel verwendet werden, um es in eine mechanische Winkelbewegung zu übersetzen.
Allerdings gibt es ein grundlegendes Problem beim Versuch, den gesamten Drehimpuls des Lichts aufzuteilen in Spin- und Bahnkomponenten . Es ist eine Menge Feingefühl erforderlich, wenn Sie die Mathematik richtig machen wollen, hauptsächlich mit den Aspekten der Messgerätefreiheit von QED (mit denen Sie zB hier beginnen können), aber die Kernidee ist, dass Sie die Polarisation von Licht nicht beliebig drehen können und halten Sie sich an die Maxwell-Gleichungen: Wenn Sie eine Welle haben, die entlang linear polarisiert ist sich fortpflanzen und du drehst dich um 90° um Achse, dann ist die Welle nicht mehr transversal und das Gaußsche Gesetz wird gebrochen.
Dies bedeutet letztendlich, dass es schwierig ist, eine vollständig kugelsichere Definition des Spin-Drehimpulses eines Photons zu geben, aber es gibt viele Definitionen, die (obwohl nicht kugelsicher) für eine überwältigende Mehrheit praktischer Zwecke ausreichend gut sind.
Wenn Sie abschließend eine umfassende und dennoch lesbare Einführung in das Thema Drehimpuls des Lichts wünschen, würde ich diese Doktorarbeit empfehlen:
RP Cameron. Über den Drehimpuls des Lichts . Doktorarbeit, Universität Glasgow (2014) .
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Emilio Pisanty
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