¿Puede una onda poseer espín?

En el nivel de las partículas, la mayoría de la gente no piensa en el "giro" en términos de movimiento real, sino como algo completamente diferente. El giro a menudo se aborda solo como una propiedad matemática. Esto se debe a que algunas cosas no tienen mucho sentido si piensas en electrones girando alrededor de algún eje.

Si interpretas el espín como un electrón (u otra partícula) que en realidad gira alrededor de un eje, algunas cosas no tienen mucho sentido, como partículas de espín 1/2 frente a partículas con otros espínes medios. Supongo que podría pensar en una partícula con espín como una onda giratoria, moviéndose como luz polarizada circularmente, pero no estoy seguro de cuán útil es pensar así.

Ver el Significado de Spin . Puede aclarar algunas cosas.

Solo algunos enlaces..

El electrón se compone de dos ondas escalares esféricas, una hacia adentro y otra hacia afuera. Se produce un cambio de fase de la onda de entrada en la región del centro de onda cerca de donde$\tau=0$, y el giro aparece como una rotación requerida de la onda interna para convertirse en la onda externa. Este requisito es una propiedad del espacio 3D denominada rotación esférica. Para transformar la onda de entrada en una onda de salida y obtener la onda de salida con las relaciones de fase adecuadas se requieren cambios de fase de la onda de entrada en el centro. Estos cambios de fase producen un valor de espín de en toda la estructura de la onda. Debido a que el espín es el resultado de los cambios de fase de onda requeridos, una propiedad del espacio 3D, el espín tiene el mismo valor para todas las partículas cargadas, independientemente de otras propiedades de las partículas.

También,

Se muestra cómo el espín del electrón y otras partículas cargadas surge de la estructura de onda cuántica de la materia. El espín es el resultado de la rotación esférica en el espacio cuántico de la onda cuántica esférica hacia adentro (avanzada) de un electrón en el centro del electrón para convertirse en la onda hacia afuera (retardada). La rotación de las ondas es necesaria para mantener las relaciones de fase adecuadas de las amplitudes de las ondas. La rotación esférica, una propiedad única del espacio tridimensional, se puede describir utilizando el álgebra de la teoría de grupos SU(2).

El origen físico del espín electrónico: utilizando la estructura de partículas de onda cuántica

Matemáticas del espín electrónico

Puedes pensar en girar de manera abstracta como en la respuesta de PipperChip . La física fundamental de un sistema no cambia si elegimos rotar el sistema de coordenadas que usamos para describir la Naturaleza. Lo que esto significa es que, para un sistema aislado, puede describir su evolución mediante la minimización de un Lagrangiano que no cambia si transforma las coordenadas por rotación. El teorema de Noether nos dice que hay tres cantidades conservadas para el sistema: una para cada uno de los "generadores" de rotaciones; piense en ello como uno para cada componente vectorial de la dirección del eje de rotación. Estas tres componentes son lo que llamamos las componentes vectoriales del momento angular.. Entonces, el giro de un electrón solitario descrito por la ecuación de Pauli o Dirac en el marco del centro de masa del electrón o de un fotón solitario descrito por las ecuaciones de Maxwell es simplemente la cantidad abstracta conservada a fuerza de "A la naturaleza no le importa cómo rotamos nuestra descripción". .

Para un fotón (cuya física me es más familiar que la de un electrón), puedes visualizar muy bien el giro a través de la descomposición de Riemann-Silberstein de las ecuaciones de Maxwell. La evolución del estado cuántico de un fotón solitario se describe con precisión mediante las ecuaciones de Maxwell: en consecuencia, puede pensar en$\vec{E}$y$\vec{B}$vectores de campo girando como lo hacen para la luz polarizada. Uno debe tener cuidado de entender, en el caso de un fotón, que el$\vec{E}$y$\vec{B}$Los vectores de campo no son campos eléctricos y magnéticos literales, sino componentes del estado cuántico del fotón. Digo más sobre esto en esta respuesta aquí .

La única forma en que puedo imaginar físicamente una onda EM giratoria es como un fotón que pasa, cuyo camino es doblado por un agujero negro y se pone en rotación.

Si una onda de luz EM está rotando, entonces el frente de onda plano debe ir más rápido en radios mayores. Eso requeriría una modificación al postulado de la velocidad constante de la luz. En radios más bajos, iría más lento que la velocidad de la luz y en radios más grandes, iría más rápido que la velocidad de la luz. En un radio específico, la Onda giratoria iría a la velocidad conocida de la luz que está relacionada con su masa en reposo.

El campo eléctrico es perpendicular al campo magnético y ambos son perpendiculares a la dirección de movimiento de la onda. Por lo tanto, los frentes de onda de una onda giratoria deben inclinarse y acortar efectivamente la longitud de onda de la onda giratoria (contracción de longitud). Tomará más tiempo rotar un ciclo ya que recorre una ruta de rotación más larga más el movimiento hacia adelante (dilatación del tiempo).

Además, la interacción de las ondas giratorias disiparía energía, ralentizaría el tiempo y conduciría a la curvatura y expansión del espacio. Actualmente estoy trabajando en reconciliar la aproximación de onda giratoria RWA con la onda giratoria de electrones.

Para video: https://youtube.com/watch?v=cc0rY8kk831 o matemáticas y gráficos detallados, vea mi artículo http://jnsnet.info/journals/jns/Vol_5_No_1_June_2017/1.pdf