Орбитальный угловой момент не имеет значения для одиночных фотонов?

  1. При квантовании свободного электромагнитного поля обнаружено, что левополяризованным фотонам соответствует спиральность С → ⋅ п ^ "=" + ℏ а фотоны с правой круговой поляризацией соответствуют С → ⋅ п ^ "=" − ℏ . Они соответственно соответствуют состояниям

    а к → , + † | 0 ⟩ , и а к → , − † | 0 ⟩
    где
    а к → , ± † "=" 1 2 ( а к → , 1 † ± а к → , 2 † ) .
    Это небольшое вычисление выполнено в книге Маджоре по КТП с учетом действия спинового оператора. С я Дж на эти состояния. Но ничего не упоминается об орбитальном угловом моменте отдельных фотонов. Мой вопрос заключается в том, несут ли отдельные фотоны также орбитальный угловой момент? Если да, то каковы значения орбитального углового момента в одночастичных состояниях? Может ли суперпозиция двух фотонов иметь орбитальный угловой момент? Если да, то как определить его возможные значения?

  2. В классической электродинамике (см. Дж. Д. Джексон, 3-е издание, стр. 350) или классической теории поля угловой момент электромагнитного поля определяется как

    Дж → "=" ϵ 0 ∫ г 3 Икс Икс → × ( Е → × Б → )
    которое можно привести к виду
    Дж → "=" ϵ 0 ∫ г 3 Икс [ Е → × А → + ∑ я "=" 1 3 Е Дж ( Икс → × ∇ → ) А Дж ) .
    Первый член можно отождествить со спиновым вкладом углового момента поля, источником которого является спиновый угловой момент отдельных фотонов. Второй член отождествляется с орбитальным моментом импульса поля? Есть ли квантово-механическое происхождение этого орбитального углового момента?

  3. Если нет смысла в орбитальном угловом моменте отдельных фотонов? Только ли это свойство возникает только тогда, когда совокупность фотонов создает классическое поле?

Ответы (3)

Мой вопрос заключается в том, несут ли отдельные фотоны также орбитальный угловой момент?

Да. См. https://en.m.wikipedia.org/wiki/Orbital_angular_momentum_of_light

Если да, то каковы значения орбитального углового момента в одночастичных состояниях?

Цитировать страницу википедии

В частности, в квантовой теории отдельные фотоны могут иметь следующие значения ОУМ: л г "=" м ℏ .

Так что дело не только в классическом уровне.

Может ли суперпозиция двух фотонов иметь орбитальный угловой момент?

Конечно, они бозоны, поэтому они могут даже иметь одинаковое квантовое число орбитального углового момента.

Коротко, но мило. В этом случае страница википедии действительно помогает.
@Rococo Только такой короткий, потому что я проигнорировал последний вопрос, например, «как определить его возможные значения»

Да, одиночные фотоны могут иметь орбитальный угловой момент. Однако, в отличие от спина, их наличие не обязательно. Как и в классическом случае, орбитальный импульс одиночных фотонов определяется формой их электромагнитной моды — грубо говоря, волновой фронт должен иметь спиралевидный вид. В частности, это означает, что собственные моды света в трехмерном ящике (по крайней мере, со сторонами разной длины) не будут иметь никакого орбитального углового момента, что является одной из причин, по которым его игнорируют во многих обработках КТП.

Орбитальный угловой момент одиночных фотонов сейчас является популярной темой исследований из-за квантовых информационных приложений. Например, вот недавняя работа (в открытом доступе), в которой авторы генерируют запутанность между парами фотонов в степени свободы орбитального углового момента.

Также кратко ответил здесь: physics.stackexchange.com/q/21744
@SRS Кто-то также должен отдать должное применению электромагнитных лучей с OAM в оптических пинцетах, см., например, эту статью: st-andrews.ac.uk/~photon/manipulation/images/pdfs/HOBB.pdf . В какой-то момент НАСА рассматривало макроскопическую версию для получения образцов пыли в космосе, но сейчас у меня нет ссылки.

Для некоторых экспериментальных свидетельств фотонов с орбитальным угловым моментом рассмотрим гамма-излучение, испускаемое в 2 + → 0 + переходы в четно-четных ядрах.

Я не уверен в вопросе суперпозиции, но экспериментально кулоновское возбуждение 4 + государство из 0 + можно объяснить как через два виртуальных Е 2 фотоны. (Приветствуются комментарии других ядерщиков. ;))

Я не уверен, что это правильно --- я всегда думал, что высокомультипольный электромагнитный переход сохраняет угловой момент в системе, состоящей из испущенного фотона и испускающего ядра. Существует много десятилетий литературы по многополярным электромагнитным переходам, но дискуссии об орбитальном угловом моменте свободных фотонов, похоже, появились совсем недавно.
Орбитальный угловой момент не имеет значения для одиночных фотонов?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v