Может ли спин фотона меняться в течение его «жизни»?

Жизнь конкретного фотона очень коротка, учитывая его скорость. В основном он заканчивается на какой-то материи и взаимодействует с ней.

Фотон всегда имеет спин один. Это не может измениться.

Он может иметь проекцию спина +1 или -1 в зависимости от поляризации других частиц при взаимодействии, которое его породило. Он сохраняет эту поляризацию до тех пор, пока не взаимодействует с частицей/атомом, который поглощает или рассеивает его. Он может изменить проекцию спина только посредством взаимодействия.

Фотон, улетевший в космический вакуум без взаимодействия, сохраняет свою проекцию спина до тех пор, пока не вступит во взаимодействие.

Собственное время жизни фотона (то есть в его собственной системе отсчета) равно нулю, поэтому ничего не может произойти внутри {*} вне реакций, создающих и разрушающих его.

Вещи, которые не могут произойти с ним, включают изменение вращения.

{*} Вот почему смешивание нейтрино показывает, что нейтрино не безмассовы .

Спин во всех формах сохраняется абсолютно, поэтому простой ответ на ваш вопрос — нет: он не может дрейфовать или изменяться без воздействия на него какого-либо внешнего события.

Хитрость заключается в том, что из-за запутанности это «внешнее событие» может быть очень далеким в пространстве или даже во времени, что делает фактическое вращение довольно загадочным.

В (длинном) дополнении ниже более подробно рассматриваются вопросы сохранения и запутывания для всех, кто заинтересован.

В вашем вопросе запутались два разных вопроса, так сказать

Первый вопрос заключается в том, что происходит с конкретной поляризацией (ориентацией спина) фотона при его обнаружении или измерении, что из-за запутанности может дать неожиданные ответы, которые могут показаться противоречащими тому, как вы узнали, что фотон был сгенерирован. Если вы исследуете только этот аспект фотонов, может действительно показаться, что ориентация спина фотона дрейфовала, потому что любое измерение ориентации фотона может показаться совершенно отличным от, скажем, какого-то точного источника поляризованного света, из которого он был получен. сгенерировано.

Однако второй вопрос заходит глубже. Этот вопрос заключается в следующем: сохраняется ли абсолютно угловой момент независимо от направления вращения фотона в момент его обнаружения? Ответ на это «да, и с абсолютной точностью».

Эта вторая часть означает, что если вы обнаружите фотон с одним типом вращения в удаленном месте, то, если другой фотон был создан совместно, чтобы отменить его первоначальный спин, тогда этот второй фотон станет фотоном, который в среднем все еще будет компенсировать из спина первого фотона. Это эффект запутывания, о котором вы так много слышали, «жуткое действие на расстоянии», которое при тщательной организации может привести к очень интересным формам шифрования. (Увы, однако, он не может передавать реальную информацию. Но это отдельная тема, охватываемая другими ответами на другие вопросы здесь.) Запутанность во всех формах всегда обусловлена ​​необходимостью сохранения одного из фундаментальных законов сохранения физики, по сути, так что они остаются верными даже в ситуациях, когда частицы или объекты находятся далеко друг от друга.

Итак, суть в том, что если вы говорите о наборах спинов, таких как пары отменяющих спинов, то ответ на ваш вопрос "нет" для общего набора: вы не можете изменить чистый спин набора, если нет внешних спины разрешено запутывать вещи.

Но если вы спрашиваете только об одном фотоне, он все равно не может «дрейфовать» или изменяться сам по себе с течением времени; волновая функция точно сохраняет свое спиновое состояние. Что усложняет этот случай, так это то, что, хотя вращение не может дрейфовать, оно может быть сброшено событиями где-то еще во Вселенной — и, возможно, очень, очень отдаленно, например, на другом ее конце, буквально.

Наконец, я должен добавить следующее дополнение: если вы внимательно прочитаете то, что я только что сказал, вы заметите, что я не сказал, что второй фотон преобразуется в спин, который «точно» компенсирует обнаруженный спин первого фотона. Это потому, что у него тоже будет некоторая неопределенность, когда он будет обнаружен. Это означает, что если у вас есть второй детектор (поляризатор), точно совмещенный с тем, который обнаружил первый фотон, вы можете получить точную компенсацию спинов, и вселенная будет счастлива.

Но то, что на самом деле происходит, в большинстве случаев больше похоже на реверберацию колокола, хотя и очень слабую, потому что атомы «звонят» в гораздо более крупные физические объекты. Вот что происходит: если вы измеряете второй фотон вне оси , так что он приводит к результату, который не совсем компенсирует угловой момент первого фотона, вы создаете вторую запутанность , на этот раз между двумя неквантовыми объектами, а именно первый и второй фотонные детекторы. Это в значительной степени неизбежно, так как это единственный способ сохранить точное сохранение углового момента. И, в принципе, этот процесс можно было бы продолжить через еще большее количество циклов, если бы вы могли очень (очень, очень, очень ) точно измерить угловой момент обоих детекторов.

Так почему же вы не слышите об этой идее реверберирующей запутанности? В основном потому, что было бы очень трудно обнаружить, что физики обычно просто сбрасывают карты, как только запутанность достигает уровня классического объекта. В конце концов, в классическом объекте так много всего происходит, что любой такой незначительный излишек в любом случае рассеется очень быстро.

Но не полностью. И в этом заключается эксперимент, о котором я никогда не слышал: многоуровневая запутанность с использованием очень маленьких, очень холодных, неподвижных квантовых устройств в качестве детекторов, так что по крайней мере один дополнительный уровень неразрешенной запутанности все еще можно наблюдать после первой пары обнаружений.

(Если кто-то знает о таких экспериментах, пожалуйста, прокомментируйте. Я не проводил поиск литературы по этому вопросу, но аргументы в его пользу достаточно просты, и я предполагаю, что кто-то по крайней мере предложил это где-то в какой-то статье.)