左旋圓偏振光子和右旋圓偏振光子是全同的嗎?

以上內容摘自《光子的自旋與光波的偏振》,作者劉力,發表於《高速攝影與光子學》,1991(20)2,P135,該部分內容我有兩點搞不明白。

第一點:文中說受激輻射光子是全同的,但又說會有左旋右旋兩種圓偏振,是不是說左旋圓偏振光子和右旋圓偏振光子是全同的?當一個左旋圓偏振光子被一個微粒吸收時,該微粒會產生一個左旋轉動,當一個右旋圓偏振光子被一個微粒吸收時,該微粒會產生一個右旋轉動,怎麼能說左右旋圓偏振光子是全同的呢?

第二點:左右旋圓偏振對光子來說是最基本的,線偏振光是左右旋的疊加,那麼是不是只有一個光子時就不能表現出線偏振態?一束線偏振光,可以全部通過一個偏振片,而讓這束線偏振光的光子一個一個的通過偏振片時,對單個光子來講就只有一半概率能通過了?還是說這束線偏振光中所有的光子都是相互糾纏的,以致於在通過偏振片時都會做出相同的選擇?

光子對微粒的轉動現象根據中國科技大學李銀妹2007年發表在《物理實驗》上的論文《利用光鑷技術演示光的自旋角動量》

@Porcre Lee @大野喵渣 @Summer Clover @安宇森 @andrew shen @Sun AO @Ivony @袁嵐峰 @張浩


是全同的。偏振態只是量子態的一種而已。我原先想過如果兩個全同粒子處於不同的自旋態上是不是就可以區分了?後來我才明白哪個粒子處在哪個態上根本就是沒意義的說法,自旋態跟能級一樣屬於量子態的一種。

如果是玻色子,就應該是|↑↓〉+|↓↑〉,如果是費米子就應該是|↑↓〉-|↓↑〉


第一個問題,光子是全同的。微觀粒子的全同性只有在大量粒子的集合中才會有效果,體現在對大量粒子這個系統的總狀態有一個限制:要麼交換對稱,要麼交換反對稱。如果考慮的是單個粒子,就沒有交換一說,更不用說全同性了。換句話說,全同性只有在比較中才能顯現。
而左旋和右旋是光子的兩種可能狀態。對於這兩個狀態,我們總是可以區分的,就像你說的那樣。但對於大量光子的集合,例如一束光,我們只能說有多少光子左旋,有多少光子右旋,而不能具體說哪個光子左旋或右旋,這就是光子全同性的體現。

第二個問題,按左旋和右旋分和按照兩個垂直的偏振方向分,是光子的兩種分類方式。具體光子按照哪種方式偏振,取決於這些光子是如何製備的。比如一束自然光,通過線偏振片後製備的光,其中每個光子都是線偏振的。讓它們通過一個相同的偏振片,每個光子都是百分百通過,沒有概率在裡面。
有關於這個問題,櫻井的現代量子力學第一章關於Stern-Gerlach實驗的論述非常清晰,其中提到了光的偏振與SG實驗的類比,可以參閱。


標題的提法不太正確。
光子的全同性指的是:如 left| uparrowdownarrow 
ight
angle + left| downarrowuparrow 
ight
angle中的兩個光子是全同的 (即交換不改變狀態);
而不是指:left| uparrow 
ight
angleleft| downarrow 
ight
angle是全同的。


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