Densidad de fotones de estados: ¿Grado de libertad de polarización/helicidad?

La "Mecánica cuántica avanzada" de Sakurai establece en la ecuación. (2.116) que la densidad de estados de un solo fotón con k vector apuntando al ángulo sólido d Ω es dado por

ρ d Ω ( mi ) = V ω 2 ( 2 π ) 3 d Ω C 3 . ( 1 )
Esta fórmula parece ser correcta, también la encontré en otros dos libros.

Encontré una derivación de esta fórmula en el libro "Mecánica cuántica en química" de Schatz/Ratner, que esbozo a continuación:

  • Suponemos que el fotón está encerrado en un gran cubo de lado L tal que su volumen es V = L 3 .

  • La "función de onda" del fotón es una onda plana. mi i k r .

  • Debido a que la función de onda tiene que ser cero en los límites, tenemos una cuantificación del vector de onda: k = 2 π L norte con norte X , y , z = 0 , ± 1 , ± 2 ,

  • Esto significa que el número de estados por unidad de "volumen" en k el espacio esta dado por ( L 2 π ) 3 = V ( 2 π ) 3 .

  • Dado que la relación entre la energía y el número de onda es mi = C k , el volumen en k espacio de todos los estados con energía entre mi y mi + d mi y vector de onda apuntando en el ángulo sólido d Ω es dado por d mi C × k 2 d Ω .

Multiplicando el k volumen espacial con el número de estados por unidad de volumen, llegamos a la ecuación. (1).

Mi pregunta es: en la derivación, descuidamos por completo el grado de libertad de polarización / helicidad del fotón. ¿No debería el DOS ser el doble de grande?

Sí, necesita multiplicar para las diferentes polarizaciones.

Respuestas (1)

Parece que el problema es solo un concepto erróneo. Ecuación de OP. (1) realmente no es la densidad de los estados de una partícula , sino la densidad de los modos de una partícula . Para obtener la densidad real de los estados, uno tiene que multiplicar la fórmula por 2. En los cálculos de tasas que usan esta densidad en la regla de oro de Fermi, muchos libros de texto comunes (como "Mecánica cuántica avanzada" de Sakurai) se ocupan de este factor al resumir los resultados. para dos polarizaciones diferentes al final del cálculo.