Орієнтація спина дискретної поперечної хвилі
Теоретично вважається, що спін фотона має тільки поздовжню орієнтацію, але така точка зору не має однозначного експериментального підтвердження. З іншого боку, анігіляцію електрона і позитрона з утворенням трьох фотонів можна пояснити, якщо спини розлітаються фотонів орієнтовані поперечно руху, тільки тоді не порушується закон збереження кінетичного моменту системи, наприклад, зберігається векторна сума моментів до анігіляції і після.
електрон + позитрон -> три фотона
«... ортопозітроній анігілює в три гамма-кванта ... »
Фізична енциклопедія. Позитрон.
Якщо спини всіх фотонів орієнтовані по напрямку руху (або проти), сума дорівнює 0. Якщо спини двох фотонів - по напряму руху і один - проти (або, відповідно, навпаки), сума дорівнює 2. Відповідно до закону збереження моменту кількості руху системи, після реакції повинен зберігатися сумарний спін, рівний 1, а таке можливо тільки в тому випадку, коли спини розлітаються фотонів орієнтовані поперечно руху (перпендикулярно площині розльоту), наприклад, у двох фотонів - в одну сторону і у одного - в протилежну.
«Найважливішими законами збереження, справедливими для будь-яких ізольованих систем, є закони збереження енергії, імпульсу, моменту кількості руху, електричного заряду.»
Фізичний енциклопедичний словник. ЗБЕРЕЖЕННЯ ЗАКОНИ.
«Спін J пов'язаний зі строгими законами збереження моменту кількості руху і тому є точним квантовим числом."
Фізична енциклопедія. Елементарні частинки.
«Спін J - власний момент імпульсу частинки, вимірюється в одиницях h/2p і приймає цілі і напівцілим значення."
Довідник з фізики. Б. М. Яворський, А. А. Детлаф. 1996. С.540.
Так як поширюються поперечні обурення поля можуть мати різні типи поляризації, можна припустити, що лінійно поляризовані фотони мають поперечну орієнтацію спина, а циркулярно поляризовані - поздовжню. Аналогія: лінійно поляризовані обурення, що поширюються по натягнутому шнуру, мають поперечну орієнтацію моменту кількості руху, а циркулярно поляризовані - поздовжню. Всі поперечні обурення переносять момент кількості руху, орієнтація якого залежить від типу поляризації.
«Тим самим властивість правого або лівого циркулярної поляризації притаманне окремим фотону. ... Тим самим властивість лінійної поляризації уздовж осей Y або Z також притаманне окремим фотону. »
Фундаментальний курс фізики. А. Д. Суханов. 1999. Т.3. С.16.
«... розрізняють такі типи поляризації поперечних синусоїдальних хвиль: еліптичну, циркулярну (або кругову), лінійну (або плоску). »
Курс фізики. А. А. Детлаф, Б. М. Яворський. 2000. С.388.
«... переносячи енергію та імпульс, момент імпульсу; ... »
Фізична енциклопедія. ХВИЛІ.
Розглянемо інший приклад, коли анігілюють електрон і позитрон з утворенням двох фотонів.
«... парапозітроній анігілює в два гамма-кванта ... »
Фізична енциклопедія. Позитрон.
Якщо після анігіляції спини фотонів орієнтовані в напрямку руху або проти, то в цьому випадку порушується закон збереження моменту кількості руху, так як система з електрона і позитрона мала нульовий момент кількості руху, а після анігіляції система з двох фотонів має момент кількості руху, не рівний нулю у всіх випадках, крім одного, коли пара електрон і позитрон до анігіляції спочивала щодо спостерігача. Для наочності розглянемо крайній випадок, коли пара електрон і позитрон рухається зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Після анігіляції два фотони, згідно закону збереження імпульсу, будуть рухатися в тому ж напрямку, в якому рухалися електрон і позитрон і, якщо спини фотонів орієнтовані в напрямку руху або проти, то в сумі момент кількості руху буде не дорівнює нулю.
->
електрон + позитрон -> два фотони спостерігач
->
Також можна розглянути зворотний випадок, коли спостерігач рухається щодо електрона і позитрона. Якщо після анігіляції спини фотонів орієнтовані в напрямку руху або проти, то для рухомого спостерігача система з двох фотонів буде мати ненульовий момент кількості руху, що суперечить закону збереження моменту кількості руху. Тобто, наприклад, система зі спостерігача, електрона і позитрона не має моменту кількості руху, а після анігіляції система зі спостерігача і двох фотонів буде його мати і, якщо спостерігач зіткнеться з фотонами, поглинувши їх, то у нього з'явиться момент кількості руху . Звідси можна зробити висновок: постулат про те, що спини фотонів завжди мають поздовжню орієнтацію, є невірним.
Список літератури
Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.comail.ru:8081/