¿Fotones con el momento angular medio entero - lo que ' s que pasa?

Question

Acabo de leer este artículo - ¿qué está pasando?

El análisis de estas vigas dentro de la teoría de la mecánica cuántica, que predijo que el momento angular del fotón sería la mitad entero, e ideó un experimento para poner a prueba sus predicciones. El uso de un construidas especialmente para el dispositivo con el que fueron capaces de medir el flujo de momentum angular en un haz de luz. También fueron capaces, por primera vez, para medir las variaciones en el flujo causado por efectos cuánticos. Los experimentos revelaron un pequeño cambio, la mitad de la constante de Planck, en el momento angular de cada fotón.

Leer más en: http://phys.org/news/2016-05-physicists.html#jCp

Answer 1

Nada de lo que está sucediendo. Al menos, nada excepto que una nueva generalizada cantidad sugestivamente llamado "momento angular" fue definido y posteriormente medidos. Pero nada sabemos acerca de la costumbre del momento angular de los fotones es cambiado por esto de alguna manera.

Total estándar de momento angular es $J = L + S$ donde $L$ es el orbital y $S$ el momento angular de espín. En tres dimensiones y habitual de las configuraciones, $L$ $S$ no son independientemente conservado cantidades - es sólo el total $J$ que se conserva. Desde $S$ es integral para los fotones y $L$ es siempre entero, $J$ es siempre integral. Además, $S$ $L$ no por separado, corresponden a transformaciones efectivas que uno puede hacer con la luz, ya que no preservar la transversalidad de la onda electromagnética.

Todo lo que el papel "Hay muchas maneras de girar de un fotón: la Mitad de la cuantización de un total de óptica angular momentum" por Ballantine, Donegan y Eastham hace es considerar una situación (un rayo de luz) donde existe al menos un componente de $L$ $S$ que es independiente conservada y genera una constante de transformación (que conserva tranversality), por lo que "generalizada" de momento angular $J_\gamma = L+\gamma S$ puede ser definido en esa dirección. Si usted elige $\gamma=\frac{1}{2}$, es obvio que usted obtiene la mitad-valores enteros de a $J_{1/2}$.

La importancia de este documento (parafraseando sus propias palabras) es el primero que se descubrió una medición experimental de $J_{1/2}$ y en segundo lugar que este indicios de una posible "fermionization" de fotones en situaciones donde $J_{1/2}$ es un buen operador, es decir, una descripción del sistema fotónico por un equivalente fermionic sistema. Sin embargo, se debe subrayar que esta $J_{1/2}$ es no el habitual total momentum angular, deje sola tirada, y por lo tanto no se contradice con la habitual declaración de "fotones momento angular viene en múltiplos de $\hbar$". Es una generalización de la costumbre, el momento angular de $J_1$, que muestra, en algunas situaciones, un semestre entero de cuantización.

Answer 2

Sólo como un suplemento a ACuriousMind la respuesta, vale la pena señalar que enterrado en el fondo de su papel realmente mostrar lo que el "spin 1/2" autoestados son en términos de la regularidad:

$|j=1/2\rangle=\frac{1}{\sqrt{2}}(|1, -1 \rangle + |0,1\rangle$)

$|j=-1/2\rangle=\frac{1}{\sqrt{2}}(|-1, 1 \rangle + |0,-1\rangle$)

donde $|l, \sigma\rangle$ es el momento angular en el normal $|l,s\rangle$. Escrito explícitamente, es claro:

1. Que estos son autoestados de $L+S/2$, y
2. Que este truco sólo podría trabajar para un entero o de medio entero $\gamma$, y
3. Que no hay nada demasiado especial pasando aquí.

Aún así, todavía puede ser interesante marco de un sistema viejo de una nueva manera. Yo sabía acerca de la posibilidad de anyons en dimensiones bajas, pero yo todavía no lo habría adivinado que el muy natural y común de la reducción en la simetría causada por escoger un eje de propagación podría ser suficiente para este efecto. Sin embargo, lo que quizás es un calificativo importante: desde que los autores no demuestran fracciones de estadísticas o de un procedimiento para medir, esto aún está por verse.

Edición: Emilio pide una demostración concreta de punto dos:

Queremos

$(L+\gamma S)(\alpha|l_1,1\rangle+\beta|l_2,-1\rangle)=j(\alpha|l_1,1\rangle+\beta|l_2,-1\rangle)$ .

Este es el caso más general, el momento angular de superposición posible con un fijo total $j$, ya que sólo hay dos spin posibilidades. Además, sabemos desde el principio QM clases que un eigenstate de $j$ tendrá todos estos elementos con algo de Clebsch-Gordon coeficientes.

La aplicación de los operadores:

$((l_1+\gamma)\alpha|l_1,1\rangle+(l_2-\gamma)\beta|l_2,-1\rangle)=j(\alpha|l_1,1\rangle+\beta|l_2,-1\rangle)$

dando las condiciones

$l_1+\gamma=j$

$l_2-\gamma=j$,

o $l_2-l_1=2\gamma$, $l_1\neq l_2$ .

Desde $l$ son números enteros, esto implica que $\gamma$ debe ser un medio entero.