Espín del fotón y momento angular total

Estoy estudiando el giro del fotón y asumo que el momento angular del giro es igual a 1 (de QED). En mi libro está escrito, relacionado con los fotones, que no tiene sentido distinguir entre espín y momento angular. ¿Puedes explicarme por qué?

¿Cuál libro? ¿Qué página?
Es un libro italiano. Escribí mal, está escrito que no tiene sentido tratar de distinguir entre el espín y el momento angular relacionado con los fotones.
Para que conste: Phys.SE generalmente alienta a los usuarios a citar referencias, incluso si están en un idioma diferente o no están fácilmente disponibles.
Actualmente es imposible proporcionar una respuesta completa y precisa a esta pregunta sin una referencia exacta al texto que está utilizando. Los detalles del idioma importan, y mucho, y al decidir ocultarlo (¿porque decidió que sus respondedores no hablan el idioma?) Está paralizando sustancialmente su pregunta. Proporcione una referencia completa y deje que sus interlocutores se preocupen por la traducción.
Solo para ser un cascarrabias, el momento angular de giro no es 1 . El número cuántico de espín total es j = 1 , lo que significa que el momento angular de giro es ℏ j ( j + 1 ) = 2 ℏ .

Respuestas (1)

Hay una serie de cosas que su libro podría querer decir con esa frase, y es imposible decir exactamente qué implica el texto sin la redacción precisa. Sin embargo, hay una serie de puntos destacados a tener en cuenta.

  • El espín es un tipo de momento angular. El momento angular, en su esencia, es la cantidad conservada que corresponde, a través del teorema de Noether , a la invariancia rotacional: en otras palabras, si el hamiltoniano de un sistema es rotacionalmente invariante, entonces el momento angular se conserva y el momento angular actúa como generador de rotación . transformaciones. Para las partículas con espín, es el espín el que actúa como generador de rotación, por lo que solo debería cerrar el trato, pero también sabemos que se puede intercambiar en el momento angular mecánico más habitual (a través del efecto Einstein-de Haas ) .

    Lo mismo ocurre con los fotones: su espín actúa como generador de las rotaciones de los grados de libertad internos del campo electromagnético, es decir, los aspectos vectoriales de la polarización del campo EM, y también puede actuar mecánicamente (una herramienta conocida como óptica) . llave inglesa ) para transferir el momento angular a las partículas materiales.

  • Por otro lado, el espín no es el único tipo de momento angular que puede contener la luz. En cambio, al igual que la materia, la luz puede mantener un momento angular orbital , que proviene de cómo se distribuye su densidad de momento lineal en el espacio y, por lo tanto, de cómo se distribuyen sus frentes de onda y dependencia espacial. Y, como en el enlace anterior, las llaves ópticas también se pueden usar para traducirlo a un movimiento angular mecánico.

  • Dicho esto, hay un problema fundamental al tratar de dividir el momento angular total de la luz j en espín y componentes orbitales j = L + S . Hay un montón de sutilezas involucradas si desea hacer las matemáticas correctamente, principalmente relacionadas con los aspectos de libertad de calibre de QED (con los que puede comenzar, por ejemplo, aquí), pero la idea central es que no puede rotar la polarización de la luz arbitrariamente y mantenga un dedo del pie derecho a las ecuaciones de Maxwell: si tiene una onda que está polarizada linealmente a lo largo X propagándose a lo largo z y haces un giro de 90° sobre el y eje, entonces la onda ya no será transversal y romperá la ley de Gauss.

    En última instancia, esto significa que es difícil dar una definición completamente a prueba de balas del momento angular de giro de un fotón, pero hay muchas definiciones que (aunque no a prueba de balas) son muy buenas para una abrumadora mayoría de propósitos prácticos.

Finalmente, si desea una introducción completa pero legible al tema del momento angular de la luz, le recomendaría esta tesis doctoral:

RP Cameron. Sobre el momento angular de la luz . Tesis doctoral, Universidad de Glasgow (2014) .

@ Emilio Pisanty, si bien entiendo lo que está diciendo, aquí hay un extracto de su enlace: "Uno ve de inmediato que, incluso si está polarizada circularmente, una onda plana no puede llevar un momento angular de ningún tipo. Esta última afirmación ha dado lugar a cierto debate, pero la resolución de esta aparente paradoja es simplemente que la onda plana perfecta solo se encuentra en los libros de texto. Los haces reales están limitados en extensión por los propios haces o por el sistema de medición construido para observar".
"El momento angular de giro (SAM) de la luz está conectado a la polarización del campo eléctrico. La luz con polarización lineal (izquierda) no lleva SAM, mientras que la luz con polarización circular derecha o izquierda (derecha) lleva una SAM de ± ̄ h por fotón ., y esta apertura finita siempre da lugar a una componente axial del campo electromagnético [ 4 ].
Para el caso de polarización circular, la componente axial del campo electromagnético es una consecuencia inevitable del gradiente radial de intensidad que se produce en el borde del haz o del sistema de medida. Un tratamiento detallado de estos efectos de borde, para cualquier geometría arbitraria, siempre arroja un valor del momento angular, cuando se integra en todo el haz, de ± ̄ h por fotón [ 4 ] para polarización circular derecha e izquierda, respectivamente ."
Entiendo que llamas a esto momento angular orbital, pero aun así tienes que decirme si crees que esto es completamente el mismo tipo de OAM que para otros tipos de partículas como un electrón que orbita un núcleo (de forma clásica). Por supuesto, según QM, no podemos hablar de un electrón en órbita, pero aún así, en una visión clásica, la comprensión original de OAM es para un electrón enlazado. Fue propuesto por Niels Bohr girando en una órbita circular.
@ÁrpádSzendrei No estoy particularmente interesado en debatir la semántica; He tenido exactamente este debate antes y, francamente, es extremadamente aburrido. Es una completa falacia intentar restringir el uso de la palabra "orbital" para las órbitas clásicas o bohrianas, porque eso descarta la OAM como descriptor de la AM que tienen los electrones en los átomos tanto como lo hace con los fotones. Los físicos adultos usan QM, no el modelo de Bohr, y el OAM al que me refiero es la versión única del átomo de hidrógeno QM adulto. Si desea utilizar el modelo de Bohr, vaya a 1913.
Entiendo lo que dices, y probablemente QM sea la forma correcta de describirlo. Aunque usted mismo está diciendo en su respuesta a otra pregunta que es difícil hablar sobre la OAM de fotones individuales.
Esa es una tergiversación de esa afirmación. Es difícil encontrar experimentos que probablemente requieran estrictamente un campo cuantificado (y por lo tanto fotones) para su descripción, independientemente del grado de libertad en cuestión. OAM tiene algunos problemas de libertad de calibre en cuanto a su definición y su separación inequívoca del espín (ya explicado aquí y explicado en profundidad en la literatura citada), pero el OAM de un solo fotón es tan incontrovertible como su momento lineal.
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