Спін фотона
Теоретично вважається, що спин фотона має лише поздовжню орієнтацію, але така думка не має однозначного експериментального підтвердження. Фотони - це поперечні хвилі, які можуть мати такі типи поляризації: еліптичну, циркулярну (кругову), лінійну (плоску). Напрямок моменту кількості руху у поперечних збурень завжди пов'язані з поляризацією. Звідси виходить, що спин фотона може мати не лише поздовжню орієнтацію, пов'язану з круговою поляризацією.
«Фотон може бути тільки у двох спинових станах з проекцією спина на напрямок руху (спіральністю) ±1. Цій властивості в класичній електродинаміці відповідає кругова права та ліва поляризація електромагнітної хвилі. http://ua.wikipedia.org/wiki/Фотон
З іншого боку, анігіляцію електрона і позитрону з утворенням трьох фотонів можна пояснити, якщо спини фотонів, що розлітаються, орієнтовані поперечно руху, тільки тоді не порушується закон збереження кінетичного моменту системи, наприклад, зберігається векторна сума моментів до анігіляції і після.
| електрон + позитрон --> три фотони |
“. ортопозитроній анігілює в три гамма-кванти. » Фізична енциклопедія. ПОЗИТРОНІЙ.
Якщо спини всіх фотонів орієнтовані за напрямком руху (або проти), сума дорівнює 0. Якщо спини двох фотонів - за напрямом руху та один - проти (або, відповідно, навпаки), сума дорівнює 2. Відповідно до закону збереження моменту кількості руху системи, після реакції повинен зберігатися сумарний спин, рівний 1, а таке можливе тільки в тому випадку, коли спини фотонів, що розлітаються, орієнтованіпоперечному руху (перпендикулярно до площини розльоту), наприклад, у двох фотонів - в один бік і в одного - в протилежну.
«Найважливішими законами збереження, справедливими будь-яких ізольованих систем, є закони збереження енергії, імпульсу, моменту кількості руху, електричного заряду.» Фізичний енциклопедичний словник. ЗБЕРЕЖЕННЯ ЗАКОНИ. «СпинJпов'язаний із суворими законами збереження моменту кількості руху і тому є точним квантовим числом.» Фізична енциклопедія. ЕЛЕМЕНТАРНІ ЧАСТИНИ. «СпинJ- власний момент імпульсу частинки, що вимірюється в одиницяхh/2π і приймає цілі та напівцілі значення.» Довідник з фізики. Б.М.Яворський, А.А.Детлаф. 1996. С.540.
Оскільки поперечні обурення поля, що поширюються, можуть мати різні типи поляризації, можна припустити, що лінійно поляризовані фотони мають поперечну орієнтацію спина, а циркулярно поляризовані - поздовжню. Аналогія: лінійно поляризовані збурення, що розповсюджуються по натягнутому шнуру, мають поперечну орієнтацію моменту кількості руху, а циркулярно поляризовані - поздовжню. Усі поперечні збурення переносять момент кількості руху, орієнтація якого залежить від типу поляризації.
«Тим самим властивість правої чи лівої циркулярної поляризації властива окремому фотону. . Тим самим властивість лінійної поляризації вздовж осейYабоZтакож властива окремому 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. ХВИЛИ.
Розглянемо інший приклад, коли анігілюють електрон та позитрон з утворенням двох фотонів.
“. парапозитроній анігілює у два гамма-кванти. » Фізична енциклопедія. ПОЗИТРОНІЙ.
Якщо після анігіляції спини фотонів орієнтовані за напрямом руху або проти, то в цьому випадку порушується закон збереження моменту кількості руху, оскільки система з електрона та позитрону 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 та позитрон до анігіляції спочивала щодо спостерігача. Для наочності розглянемо крайній випадок, коли пара електрон та позитрон рухається зі швидкістю, близькою до швидкості світла. Після анігіляції два фотони, згідно із законом збереження імпульсу, будуть рухатися в тому ж напрямку, в якому рухалися електрон і позитрон і, якщо спини фотонів орієнтовані у напрямку руху або проти, то в сумі момент кількості руху буде не дорівнює нулю.
--> електрон + позитрон --> два фотони спостерігач -->
Ще один приклад. Відомо, що гравітація не впливає на момент кількості руху і не може змінити напрямок спина (гіроскоп зберігає свій напрямок), але під дією гравітації фотон може змінити напрямок руху (гравітаційна лінза). Тому, якщо вважати, що спин фотона був спрямований за напрямом руху, то після дії на нього гравітації напрямок руху фотона може змінитися і вже не співпадатиме з напрямком спина. Це ж стосується і інших частинок, включаючи нейтрино, для якого також помилково вважається, що його спин завжди спрямований у напрямку рухучи проти. Спин - це момент кількості руху і він ніяк не пов'язаний із напрямком руху частки. Поля можуть змінювати напрямок руху частинки, але це ніяк не впливає на напрямок спини. На цьому принципі збудовано всі гіроскопи.
Підведемо підсумок.Постулат про те, що фотон може перебувати тільки у двох спинових станах з проекцією спина на напрямок руху (спіральністю) ±1, є невірним.