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[交流]
【交流】光子的自旋與偏振,以及塞曼效應(yīng) 已有4人參與
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對(duì)于平面波,很容易理解偏振特性。對(duì)于單個(gè)光子,如何理解其偏振特性呢?偏振和自旋的聯(lián)系呢? 維基百科上講賽慢效應(yīng):對(duì)于Δm=+1,原子在磁場(chǎng)方向的角動(dòng)量減少了一個(gè),由于原子和光子的角動(dòng)量之和守恒,光子具有與磁場(chǎng)方向相同的角動(dòng)量,方向與電矢量旋轉(zhuǎn)方向構(gòu)成右手螺旋,稱(chēng)為σ+偏振,是左旋偏振光。反之,對(duì)于Δm=-1,原子在磁場(chǎng)方向的角動(dòng)量增加了一個(gè),光子具有與磁場(chǎng)方向相反的角動(dòng)量,方向與電矢量旋轉(zhuǎn)方向構(gòu)成左手螺旋,稱(chēng)為σ-偏振,是右旋偏振光。對(duì)于Δm=0,原子在磁場(chǎng)方向的角動(dòng)量不變,稱(chēng)為π偏振。如果沿磁場(chǎng)方向觀察,只能觀察到σ+和σ-譜線(xiàn)的左旋偏振光和右旋偏振光,觀察不到π偏振的譜線(xiàn)。如果在垂直于磁場(chǎng)方向觀察,能夠觀察到原譜線(xiàn)分裂成3條:中間一條是π譜線(xiàn),是線(xiàn)偏振光,偏振方向與磁場(chǎng)方向平行,σ+和σ-線(xiàn)分居兩側(cè),同樣是線(xiàn)偏振光,偏振方向與磁場(chǎng)方向垂直。 根據(jù)這段話(huà),貌似自旋和偏振是有聯(lián)系的。難以理解的一點(diǎn)是線(xiàn)偏振和自旋是什么關(guān)系呢?個(gè)人理解圓偏振才是光子的本征態(tài),線(xiàn)偏振是復(fù)合量 |
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zt:http://proxy3.zju88.net/agent/th ... s&bp=39&m=0 自旋1的光子在動(dòng)量方向只有兩個(gè)投影(由于光子無(wú)質(zhì)量),對(duì)應(yīng)于右旋與左旋。這個(gè)兩個(gè)量子態(tài)(1,i,0)(1,-i,0)正交且完備。對(duì)應(yīng)于經(jīng)典波動(dòng)圖像,有x,y線(xiàn)偏振(1,0,0),(0,1,0) ,也有左右旋偏振,你可以把兩種不同的刻畫(huà)看成是描述同一自由度的空間里的不同的基,通過(guò)線(xiàn)性變換聯(lián)系。至于其他什么橢圓偏振,也不過(guò)是這些基的線(xiàn)性組合,考慮到相位,系數(shù)是復(fù)數(shù)。有人說(shuō),波動(dòng)概念中的的偏振方向用偏振片就能測(cè)出來(lái),還有很好的關(guān)系式 I 正比[cosx]^2 (其實(shí)強(qiáng)度這個(gè)概念暗含了大量光子的測(cè)量), 那么光子模型呢? 單個(gè)光子模型打在偏振片上,只能說(shuō)通過(guò)的概率。如果光子處于自旋本證態(tài),那么用量子的通常方法,求投影到線(xiàn)偏振的概率振幅就能知道結(jié)果;如果光子處于混合態(tài),比如恰好線(xiàn)性疊加成一個(gè)線(xiàn)偏振態(tài),那么很簡(jiǎn)單,概率就是自身偏振方向與偏振片夾角的余弦平方。如果你不信單個(gè)光子的詮釋?zhuān)敲次覀兺ㄟ^(guò)某種辦法制備大量處于特定量子態(tài)的光子集團(tuán),或者叫系綜的玩意兒,那么理論上,你做實(shí)驗(yàn),就可以發(fā)現(xiàn)通過(guò)的粒子數(shù)比例和前面算單粒子概率的結(jié)果是一致的。對(duì)于量子統(tǒng)計(jì),更方便的辦法描述是用密度矩陣。當(dāng)然其量子基礎(chǔ)都是一樣的?赡苓有人問(wèn),我們?cè)跍y(cè)光束的偏振態(tài)時(shí),有電場(chǎng)方向這個(gè)概念,而且是良好的定義。那么對(duì)于光子呢?它有什么?電場(chǎng)是怎么從大量光子中emerge出來(lái)的?如果采用了波動(dòng)的描述,大量光子的相位有確定性的關(guān)系,所以我們有物理上可測(cè)的波動(dòng)函數(shù)(求解于麥克斯韋方程),比如最簡(jiǎn)單的平面波 Ecos(kx-wt), 而且可以知道能量密度u, u正比于E^2, 但是我們不知道粒子數(shù)的情況;如果采用的粒子數(shù)表象,單個(gè)粒子能量是h_w,能量密度是對(duì)所有態(tài)的光子能量求和除以體積,但是我們徹底喪失了對(duì)光子間相位的關(guān)系的信息。好比不確定性原理中的動(dòng)量與位置的關(guān)系。學(xué)量子力學(xué)時(shí),為這些問(wèn)題困惑了很長(zhǎng)時(shí)間,要么講光學(xué)的老師來(lái)不及講;要么初量的老師不屑于講?戳艘恍⿻(shū),覺(jué)得不是很困惑了。特別感謝baym的quantum lecture notes。我想這些問(wèn)題在學(xué)量子光學(xué)時(shí)也許是trivial的,但是還是有必要寫(xiě)點(diǎn)東西,拋磚引玉。 |
銀蟲(chóng) (小有名氣)
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| 個(gè)人的看法:應(yīng)該說(shuō)一般講單個(gè)光子的偏振就是指它的自旋角動(dòng)量的方向,但是它和我們經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)中講的偏振不應(yīng)該有直接的對(duì)應(yīng),因?yàn)槟且呀?jīng)是一個(gè)平均后的經(jīng)典的結(jié)果?梢杂懻撁枋錾系念(lèi)似性,但物理上不應(yīng)該是直接的對(duì)應(yīng) |
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