Photon ist Spin 1 und Elektron ist Spin 1/2, wenn also ein Photon von einem Elektron absorbiert wird, wird es zerstört und das Elektron wird durch diese Energiemenge angeregt. Im nächsten Moment geht das Elektron in seinen Grundzustand zurück und emittiert ein Photon mit der gleichen Energie wie das Original und alles scheint soweit gut zu sein. Ich frage mich, was mit dem Spin des Photons passiert? Ist es dem Impuls eines von einem freien Elektron gestreuten Photons ähnlich, dass relativ gesehen das Elektron in Ruhe ist, die Frequenz des emittierten Photons verschoben wird oder sich das Elektron bewegt, während die Frequenz des Photons dieselbe wie die ursprüngliche bleibt?
Typischerweise wird das Photon das Elektron in einen Zustand anregen, der einen höheren Bahndrehimpuls hat (z. B. in Wasserstoff von 1 s bis 2 p), sodass auf diese Weise der Drehimpuls erhalten bleibt.
Der Spin des Elektrons wurde aufgrund des Elektronenverhaltens in Magnetfeldern eingeführt:
Wolfgang Pauli war 1924 der erste, der eine Verdopplung von Elektronenzuständen aufgrund einer zweiwertigen, nicht-klassischen "versteckten Rotation" vorschlug.[6] 1925 schlugen George Uhlenbeck und Samuel Goudsmit an der Universität Leiden die einfache physikalische Interpretation eines Teilchens vor, das sich um seine eigene Achse dreht, im Geiste der alten Quantentheorie von Bohr und Sommerfeld.
Quelle: Wikipedia
Die Lorentzkraft hängt mit dem Teilchenspin zusammen. Die Lorentz-Gleichung beschreibt das Phänomen, dass Elektronen und Antiprotonen in eine Richtung abgelenkt werden, während Positronen und Protonen in die entgegengesetzte Richtung abgelenkt werden.
Rückblickend war der erste direkte experimentelle Nachweis des Elektronenspins das Stern-Gerlach-Experiment von 1922.
Für die Photonen funktionieren alle erwähnten Experimente nicht. Und wie Sie sagen, ändert das absorbierte Photon nicht den intrinsischen Spin eines frei beweglichen Elektrons. Trifft das Elektron nicht in seinem Zentrum, könnte das Photonenmoment eine Rotation des Elektrons induzieren. Und ein zirkular polarisiertes Photon könnte dem Elektron auch eine Rotation verleihen.
Der Spin des Photons ist einfach anders als der Spin von Ladungen. Aber wie ist der Spin eines Photons? Die beste Antwort, die ich gesehen habe, war diese :
Aber! Niemand hat einen korrekten Weg gefunden, es in der Summe von zwei eichinvarianten Operatoren für Bahndrehimpuls und Spin (L und S) darzustellen. Damit ist das theoretische Wissen abgeschlossen - der Operator des Spins des Photons ist nicht bekannt.
Es ist möglich, die Z-Komponente des Drehimpulses zu messen - Helizität.
Das Photon muss die exakte Energie für einen erlaubten Zustand für das Elektron haben. Der Spin-Raum ist orthogonal zum n, l, m-Raum, es scheint, dass die Energieverteilung von einem Raum zu einem orthogonalen Raum geht. Aber der andere 1/2-Spin wird für n, l und m für den angeregten Zustand des Elektrons verantwortlich sein.
Wenn es nicht in einen otbitalen Drehimpuls eingekoppelt wird, kann ein Elektron seinen Spin umdrehen, um den Spin eines Photons zu kompensieren. In dem Fall, dass ein Elektron den Spin umdrehen muss, müssen Elektron und Photon in dem Moment, in dem sie interagieren, einen entgegengesetzten Spin haben, um zu beginnen. Sie können sich also auf die Quantenverschränkung einlassen, um den Prozess zuzulassen.
Wie oben angedeutet, ist es nicht das Elektron, das einen inneren Drehimpuls (Spin) von dem Photon erhält, sondern das Atom, das sowohl die Energie als auch den Drehimpuls des Photons (1 hbar) absorbiert. Daraus ergibt sich eine Erhöhung des Bahndrehimpulses exakt um 1 hbar (l=l+1) plus eine Erhöhung der Energie (n=n+1,2,3...) in Abhängigkeit von der Frequenz (=Energie) des Photons. Merke: Gesamtenergie und Gesamtdrehimpuls sind die Größen, die beide erhalten bleiben müssen!
rnels12