Oder befindet sich der Spin im Moment seiner Entstehung in einem von zwei möglichen Zuständen und ändert sich für die restliche Dauer seines "Lebens" nicht?
Die Lebensdauer eines bestimmten Photons ist angesichts seiner Geschwindigkeit sehr kurz. Meistens landet es bei irgendeiner Sache und interagiert damit.
Ein Photon hat immer Spin eins. Das kann sich nicht ändern.
Es kann eine Projektion von Spin +1 oder -1 haben, abhängig von der Polarisation der anderen Teilchen in der Wechselwirkung, die es erzeugt hat. Es behält diese Polarisation bei, bis es mit einem Teilchen/Atom interagiert, das es absorbiert oder streut. Es kann die Spinprojektion nur durch die Wechselwirkung ändern.
Ein Photon, das in das Vakuum des Weltraums entweicht, ohne zu interagieren, behält seine Spinprojektion, bis es interagiert.
Die eigentliche Lebensdauer des Photons (d. h. in seinem eigenen Bezugsrahmen) ist Null, sodass in{*} außerhalb der Reaktionen, die es erzeugen und zerstören, nichts passieren kann.
Zu den Dingen, die ihm nicht passieren können, gehört das Ändern des Spins.
{*} Deshalb zeigt die Neutrino-Mischung, dass Neutrinos nicht masselos sind .
Der Spin in allen Formen bleibt absolut erhalten, daher lautet die einfache Antwort auf Ihre Frage nein: Er kann nicht driften oder sich ändern, ohne dass ein externes Ereignis ihn beeinflusst.
Der knifflige Teil ist, dass dieses „externe Ereignis“ aufgrund der Verschränkung räumlich oder sogar zeitlich sehr weit entfernt sein könnte, was die tatsächliche Drehung ziemlich mysteriös macht.
Der (lange) Nachtrag unten behandelt die Erhaltungs- und Verflechtungsfragen ausführlicher für alle Interessierten.
Ihre Frage verschränkt sozusagen zwei verschiedene Fragen
Die erste Frage ist, was mit der spezifischen Polarisation (Spin-Orientierung) des Photons passiert, wenn es detektiert oder gemessen wird, was aufgrund der Verschränkung zu unerwarteten Antworten führen kann, die scheinbar dem widersprechen, wie Sie wissen, dass das Photon erzeugt wurde. Wenn Sie nur diesen Aspekt von Photonen untersuchen, kann es tatsächlich so aussehen, als hätte sich die Spinorientierung des Photons verschoben, da jede einzelne Messung einer Photonenorientierung ganz anders aussehen kann als beispielsweise eine präzise Quelle polarisierten Lichts, von der sie stammt generiert.
Die zweite Frage greift jedoch tiefer. Diese Frage lautet: Bleibt der Drehimpuls absolut erhalten, egal welche Spinrichtung das Photon hat, wenn es detektiert wird? Die Antwort darauf lautet „Ja, und zwar mit absoluter Präzision“.
Was dieser zweite Teil bedeutet, ist, dass, wenn Sie ein Photon mit einer Art von Spin an einem entfernten Ort entdecken, dann, wenn ein anderes Photon miterzeugt wurde, um seinen anfänglichen Spin aufzuheben, dieses zweite Photon zu einem Photon wird, das sich im Durchschnitt immer noch aufhebt den Spin des ersten Photons aus. Das ist der Verstrickungseffekt, von dem Sie so viel hören, die „gruselige Fernwirkung“, die bei sorgfältiger Anordnung sehr interessante Formen der Verschlüsselung hervorbringen kann. (Leider kann es jedoch keine echten Informationen übertragen. Aber das ist ein separates Thema, das durch andere Antworten auf andere Fragen hier behandelt wird.) Verschränkung in allen Formen wird immer von der Notwendigkeit angetrieben, eines der grundlegenden Erhaltungsgesetze der Physik zu wahren, tatsächlich, damit sie auch in Situationen wahr bleiben, in denen Partikel oder Objekte weit voneinander entfernt sind.
Unter dem Strich lautet die Antwort auf Ihre Frage, wenn Sie über Sätze von Spins sprechen , wie z Drehungen sind erlaubt, um Dinge zu verwickeln.
Aber wenn Sie nur nach einem Photon fragen, kann es immer noch nicht "driften" oder sich im Laufe der Zeit von selbst verändern ; die Wellenfunktion behält ihren Spinzustand genau bei. Was diesen Fall jedoch verkompliziert, ist, dass der Spin, obwohl er nicht driften kann, durch Ereignisse anderswo im Universum zurückgesetzt werden kann – und möglicherweise sehr, sehr entfernt, wie am anderen Ende davon, buchstäblich.
Abschließend muss ich diesen Nachtrag hinzufügen: Wenn Sie das, was ich gerade gesagt habe, sehr genau lesen, werden Sie feststellen, dass ich nicht gesagt habe, dass das zweite Photon in einen Spin umgewandelt wird, der „genau“ den detektierten Spin des ersten Photons aufhebt. Das liegt daran, dass es auch eine gewisse Unsicherheit haben wird, wenn es erkannt wird. Das bedeutet, wenn Sie einen zweiten Detektor (Polarisator) haben, der genau auf den Detektor ausgerichtet ist, der das erste Photon detektiert hat, können Sie eine präzise Auslöschung der Spins erhalten, und das Universum ist glücklich.
Was jedoch in den meisten Fällen tatsächlich passiert, ist eher wie ein Nachhall einer Glocke, wenn auch einer, der tatsächlich sehr schwach ist, weil Atome viel größere physische Objekte "läuten". Was passiert, ist Folgendes: Wenn Sie das zweite Photon außeraxial messen , so dass es in ein Ergebnis gezwungen wird, das den Drehimpuls des ersten Photons nicht ganz aufhebt, erzeugen Sie eine zweite Verschränkung, diesmal zwischen zwei Nicht-Quantenobjekten, speziell den ersten und den zweiten Photonendetektor. Dies ist so gut wie unvermeidlich, da nur so die exakte Erhaltung des Drehimpulses aufrechterhalten werden kann. Und im Prinzip ließe sich dieser Vorgang über noch mehr Zyklen fortsetzen, wenn man den Drehimpuls beider Detektoren sehr (sehr, sehr, sehr ) genau messen könnte.
Warum hörst du also nichts von dieser Idee der widerhallenden Verschränkung? Vor allem, weil es so schwer zu erkennen wäre, dass Physiker normalerweise einfach die Karten falten, sobald die Verschränkung das Niveau eines klassischen Objekts erreicht. Schließlich hat ein klassisches Objekt so viele Dinge zu bieten, dass ein solcher kleiner Überschuss ohnehin sehr schnell verflogen wäre.
Aber nicht ganz. Und darin liegt ein Experiment, von dem ich noch nie gehört habe, dass es versucht wurde: Mehrstufige Verschränkung mit sehr kleinen, sehr kalten, stillen Quantengeräten als Detektoren, so dass mindestens eine zusätzliche Ebene ungelöster Verschränkung nach dem ersten Paar von Detektionen noch beobachtet werden kann.
(Falls jemand solche Experimente kennt, bitte kommentieren. Ich habe keine Literaturrecherche dazu durchgeführt, aber die Argumente dafür sind so einfach, dass ich vermuten würde, dass jemand es zumindest irgendwo in einem Artikel vorgeschlagen hat.)
DarenW
Brian Canard