Photonenspin und Gesamtdrehimpuls

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?

Welches Buch? Welche Seite?
Es ist ein italienisches Buch. Ich habe falsch geschrieben, es steht geschrieben, dass es keinen Sinn macht, zwischen Spin und Drehimpuls im Zusammenhang mit Photonen zu unterscheiden
Für das Protokoll: Phys.SE ermutigt Benutzer im Allgemeinen, Referenzen zu zitieren, auch wenn sie in einer anderen Sprache oder nicht leicht verfügbar sind.
Es ist derzeit unmöglich, diese Frage vollständig und genau zu beantworten, ohne einen genauen Hinweis auf den von Ihnen verwendeten Text zu geben. Die Details der Sprache sind sehr wichtig, und wenn Sie sich entscheiden, sie zurückzuhalten (weil Sie entschieden haben, dass Ihre Antwortenden die Sprache nicht sprechen?), Lähmen Sie Ihre Frage erheblich. Geben Sie eine vollständige Referenz an und lassen Sie Ihre Gesprächspartner sich um die Übersetzung kümmern.
Nur um ein Griesgram zu sein, der Spindrehimpuls ist es nicht 1 . Die Gesamtspinquantenzahl ist J = 1 , was bedeutet, dass der Spindrehimpuls ist ℏ J ( J + 1 ) = 2 ℏ .

Antworten (1)

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 J in Spin- und Bahnkomponenten J = L + S . 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 X sich fortpflanzen z und du drehst dich um 90° um j 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) .

@ Emilio Pisanty, während ich verstehe, was Sie hier sagen, ist ein Auszug aus Ihrem Link: "Man sieht sofort, dass eine ebene Welle, selbst wenn sie zirkular polarisiert ist, keinen Drehimpuls jeglicher Art tragen kann. Diese letzte Aussage hat zu einigen Debatten geführt. aber die Auflösung dieses scheinbaren Paradoxons besteht einfach darin, dass die perfekte ebene Welle nur in Lehrbüchern zu finden ist. Echte Strahlen sind in ihrer Ausdehnung entweder durch die Strahlen selbst oder durch das zur Beobachtung gebaute Messsystem begrenzt.
„Der Spindrehimpuls (SAM) von Licht ist mit der Polarisation des elektrischen Felds verbunden. Licht mit linearer Polarisation (links) trägt kein SAM, wohingegen rechts- oder linkszirkular polarisiertes Licht (rechts) ein SAM von ± ̄ h pro Photon trägt ., und diese endliche Apertur führt immer zu einer axialen Komponente des elektromagnetischen Feldes [ 4 ].
Bei zirkularer Polarisation ist die axiale Komponente des elektromagnetischen Feldes eine unvermeidliche Folge des radialen Intensitätsgradienten, der am Rand des Strahls bzw. des Messsystems auftritt. Eine detaillierte Behandlung dieser Kanteneffekte liefert für beliebige Geometrien immer einen über den gesamten Strahl integrierten Wert des Drehimpulses von ± ̄ h pro Photon [ 4 ] für rechtshändige bzw. linkshändige Zirkularpolarisation ."
Ich verstehe, dass Sie dies als Bahndrehimpuls bezeichnen, aber Sie müssen mir bitte trotzdem sagen, ob Sie der Meinung sind, dass dies die gleiche Art von OAM ist wie bei anderen Arten von Teilchen, z. B. einem Elektron, das einen Kern umkreist (auf klassische Weise). Natürlich können wir gemäß QM nicht von einem umkreisenden Elektron sprechen, aber in klassischer Sicht gilt das ursprüngliche Verständnis von OAM für ein gebundenes Elektron. Es wurde von Niels Bohr vorgeschlagen, dass es sich auf einer kreisförmigen Umlaufbahn dreht.
@ÁrpádSzendrei Ich interessiere mich nicht besonders für Semantikdebatten; Genau diese Debatte hatte ich schon einmal und ehrlich gesagt ist sie extrem langweilig. Es ist ein völliger Irrtum zu versuchen, die Verwendung des Wortes "Orbital" für klassische oder Bohr'sche Umlaufbahnen einzuschränken, da dies OAM als Deskriptor für das von Elektronen in Atomen gehaltene AM genauso ausschließt wie Photonen. Erwachsene Physiker verwenden QM, nicht das Bohr-Modell, und das OAM, auf das ich mich beziehe, ist die Einheitsversion des erwachsenen QM-Wasserstoffatoms. Wenn Sie das Bohr-Modell verwenden möchten, gehen Sie zu 1913.
Ich verstehe, was Sie sagen, und wahrscheinlich ist QM die richtige Art, es zu beschreiben. Obwohl Sie selbst in Ihrer Antwort auf eine andere Frage sagen, dass es schwierig ist, über die OAM einzelner Photonen zu sprechen.
Das ist eine falsche Darstellung dieser Behauptung. Es ist schwer, Experimente zu finden, die nachweislich unbedingt ein quantisiertes Feld (und damit Photonen) zu ihrer Beschreibung benötigen, unabhängig von den Freiheitsgraden, um die es geht. OAM hat einige Eichfreiheitsprobleme hinsichtlich seiner Definition und seiner eindeutigen Trennung vom Spin (hier bereits erklärt und in der zitierten Literatur ausführlich erklärt), aber das OAM eines einzelnen Photons ist so unstrittig wie sein linearer Impuls.
Photonenspin und Gesamtdrehimpuls
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v