Ich bin Funkamateur (ham). Betrachten wir eine horizontale Dipolantenne mit halber Wellenlänge im freien Raum – sagen wir bei 10 MHz – und betrachten wir ihr Fernfeld.
Herkömmliche Hochschulphysik besagt, dass die Elektronen horizontal beschleunigt werden und die resultierende elektromagnetische (Radio-) Welle horizontal polarisiert wird, da die Antenne horizontal ist.
(Dies scheint übrigens nur bei Breitseite zuzutreffen. Aufgrund der einfachen 3D-Geometrie schleicht sich eine vertikale Komponente ein, wenn die Achse außeraxial ist (siehe die Diagramme aus einem Antennenmodellierungsprogramm, z. B. MMANA-GAL).)
Wir wissen jedoch, dass eine lineare Polarisation (z. B. horizontal) auch durch die Kombination einer rechtsdrehenden mit einer linksdrehenden zirkular polarisierten Welle beschrieben werden kann. Offensichtlich müssen die Amplituden gleich sein und für horizontal müssen die beiden zirkular polarisierten Wellen in Phase sein.
Wir wissen auch, dass die zirkulare Polarisation einer Welle die Manifestation des Photonenspins ist. Zwei Photonenspinzustände sind erlaubt, und daher kann sein Drehimpuls entweder rechtshändig oder linkshändig sein. Daher RHCP- und LHCP-Wellen.
Frage:
Wie kann also die obige Antenne beschrieben werden, um die Erzeugung von Photonen mit rechtem und linkem Spin zu erklären, die, wenn sie kombiniert werden, lineare Polarisationen erzeugen?
Es scheint zwei offensichtliche Möglichkeiten zu geben. Entweder:
A) Die Erzeugung von Photonen mit entgegengesetztem Spin erfolgt als konzertierter Prozess in der gesamten Antenne, so dass alle Teile der Antenne die gleiche Anzahl von RH- und LH-Photonen erzeugen?
Möglicherweise liegt dies an dem Spin des Photons, der sich aus dem Spin des beschleunigten Elektrons ergibt. Da Elektronenspins gleichmäßig über den Antennendraht verteilt sind, werden die resultierenden Photonen gleichmäßig in der resultierenden Welle verteilt.
B) Entgegengesetzte Photonenspins werden gleichzeitig erzeugt, aber von entgegengesetzten Enden der Dipolantenne.
Dies könnte auf die Richtung des Stromflusses (dh des Elektronenflusses) zurückzuführen sein. Es fließt in den einen Arm des Dipols und erzeugt einen Spin, aber gleichzeitig fließen Elektronen aus dem anderen Arm heraus und erzeugen so gleichzeitig den entgegengesetzten Spin, dh aus positiven und negativen Beschleunigungen in Richtung des Elektronenflusses.
Irgendwelche Kommentare bitte? Das Internet ist diesbezüglich bemerkenswert ruhig!
Wenn Sie diesen Prozess in Bezug auf Photonen beschreiben möchten, müssen Sie den Begriff der Quantenüberlagerung verstehen, also müssen Sie sich mit diesem Begriff vertraut machen, falls Sie dies noch nicht getan haben, um zu verstehen, was hier passiert.
Jedes von einer linear polarisierenden Antenne erzeugte Photon ist eine Quantenüberlagerung eines linkshändig zirkular polarisierten Ein-Photon-Fock-Zustands und eines rechtshändig zirkular polarisierten Ein-Photon-Fock-Zustands.
Und es ist genauer zu sagen, dass sich das Quantenfeld in einem rein kohärenten Zustand befindet , in dem alle Fock-Zustände Quantenüberlagerungen einer entsprechenden Anzahl links- und rechtshändig zirkular polarisierter Zustände sind.
Es ist bekannt, dass ein klassischer Strom Photonen in reinen Zuständen erzeugt. Der Photonenzustand, den die meisten Antennen erzeugen, hat nichts Stochastisches.
Jon Kuster
G4FLQ
Jon Kuster