¿Puede cambiar el giro de un fotón durante su "vida"?

La vida de un fotón específico es muy corta, considerando su velocidad. En su mayoría termina en algún asunto e interactúa con él.

Un fotón tiene espín uno, siempre. Eso no puede cambiar.

Puede tener una proyección de espín +1 o -1 dependiendo de la polarización de las otras partículas en la interacción que lo produjo. Retiene esa polarización hasta que interactúa con una partícula/átomo que la absorbe o la dispersa. Puede cambiar la proyección de giro solo a través de la interacción.

Un fotón que escapa al vacío del espacio exterior sin interactuar mantiene su proyección de espín hasta que interactúa.

El tiempo de vida propiamente dicho de la vida del fotón (es decir, en su propio marco de referencia) es cero, por lo que no le puede pasar nada{*} fuera de las reacciones que lo crean y lo destruyen.

Las cosas que no pueden pasarle incluyen cambiar el giro.

{*} Esta es la razón por la cual la mezcla de neutrinos muestra que los neutrinos no carecen de masa .

El giro en todas sus formas se conserva absolutamente, por lo que la respuesta simple a su pregunta es no: no puede desplazarse o cambiar sin que algún evento externo lo afecte.

La parte complicada es que, debido al enredo, ese "evento externo" podría estar muy distante en el espacio o incluso en el tiempo, lo que hace que el giro real sea bastante misterioso.

El apéndice (largo) a continuación aborda los problemas de conservación y enredo con más detalle para cualquier persona interesada.

Su pregunta enreda dos preguntas diferentes, por así decirlo.

La primera pregunta es qué sucede con la polarización específica (orientación de espín) del fotón cuando se detecta o mide, lo que debido al entrelazamiento puede dar respuestas inesperadas que pueden parecer contradecir cómo se sabe que se generó el fotón. Si examina solo ese aspecto de los fotones, de hecho puede parecer que la orientación del espín del fotón se ha desviado, porque cualquier medida de la orientación de un fotón puede parecer bastante diferente de, digamos, alguna fuente precisa de luz polarizada de la que se obtuvo. generado.

Sin embargo, la segunda pregunta es más profunda. Esa pregunta es esta: ¿Se conserva absolutamente el momento angular sin importar qué dirección de giro tenga el fotón cuando se detecta? La respuesta a eso es "sí, y con absoluta precisión".

Lo que significa la segunda parte es que si detecta un fotón con un tipo de espín en un sitio remoto, entonces si otro fotón fue cogenerado para cancelar su espín inicial, entonces ese segundo fotón se convertirá en un fotón que en promedio aún se cancelará . el espín del primer fotón. Ese es el efecto de enredo del que tanto se habla, la "acción espeluznante a distancia" que, si se organiza con cuidado, puede producir formas de encriptación muy interesantes. (Ay, sin embargo, no puede transmitir información real. Pero ese es un tema separado cubierto por otras respuestas a otras preguntas aquí). El entrelazamiento en todas sus formas siempre está impulsado por la necesidad de preservar una de las leyes fundamentales de conservación de la física, de hecho, para que sigan siendo válidos incluso en situaciones en las que las partículas o los objetos estén muy separados.

Entonces, la conclusión es que si está hablando de conjuntos de giros, como pares de giros de cancelación, la respuesta a su pregunta es "no" para el conjunto general: no puede cambiar el giro neto del conjunto, si no hay ningún elemento externo. Se permiten giros para enredar cosas.

Pero si solo pregunta sobre un fotón, aún no puede "derivar" o cambiar por sí mismo con el tiempo; la función de onda conserva su estado de espín con precisión. Sin embargo, lo que complica ese caso es que, aunque el espín no puede derivar, puede ser reiniciado por eventos en otras partes del universo, y posiblemente muy, muy remotamente, como en el otro extremo, literalmente.

Finalmente, debo agregar este apéndice: si lees lo que acabo de decir con mucho cuidado, notarás que no dije que el segundo fotón se convierte en un espín que cancela "exactamente" el espín detectado del primer fotón. Eso es porque también tendrá cierta incertidumbre cuando se detecte. Esto significa que si tienes un segundo detector (polarizador) que está exactamente alineado con el que detectó el primer fotón, puedes obtener una cancelación precisa de los giros y el universo está feliz.

Pero lo que realmente sucede en la mayoría de los casos es más como una reverberación de una campana, aunque es muy débil porque involucra átomos que "tocan" objetos físicos mucho más grandes. Lo que sucede es esto: si mide el segundo fotón fuera del eje para que se vea forzado a un resultado que no cancela completamente el momento angular del primer fotón, crea un segundo entrelazamiento, esta vez entre dos objetos no cuánticos, específicamente el primer y segundo detector de fotones. Esto es casi inevitable, ya que es la única forma de mantener la conservación exacta del momento angular. Y, en principio, este proceso podría continuar a través de incluso más ciclos si pudiera medir con mucha (muy, mucha, mucha ) precisión el momento angular de ambos detectores.

Entonces, ¿por qué no se entera de esta idea del entrelazamiento reverberante? Principalmente porque sería tan difícil de detectar que los físicos generalmente tiran las cartas tan pronto como el entrelazamiento alcanza el nivel de un objeto clásico. Después de todo, un objeto clásico tiene tantas cosas en juego que cualquier pequeño exceso se disiparía muy rápidamente de todos modos.

Pero no del todo. Y ahí radica un experimento que nunca escuché probar: entrelazamiento multinivel utilizando dispositivos cuánticos muy pequeños, muy fríos y quietos como detectores, de modo que al menos un nivel adicional de entrelazamiento sin resolver después del primer par de detecciones todavía se puede observar.

(Si alguien sabe de tales experimentos, por favor comente. No he hecho una búsqueda bibliográfica al respecto, pero los argumentos son lo suficientemente sencillos como para suponer que alguien al menos lo ha propuesto en algún artículo en algún lugar).