Curieusement, les lunettes de soleil polarisantes fournissent une preuve assez solide que les photons tournent 1.

C'est parce que si vous faites pivoter les polariseurs de seulement 90 $ ^ \ circ $, vous constaterez que vous pouvez décomposer les photons en deux populations de photons mutuellement exclusives. Cela n'est géométriquement possible que si la particule en question est un boson vectoriel, c'est-à-dire une particule de spin 1.

En revanche, si vous vous inquiétez plutôt de "l'éblouissement des électrons" du spin 1/2 électron venant en sens inverse rayonnement (veuillez ne pas essayer cela à la maison, oui?), vous auriez plutôt à faire tourner vos "polariseurs d'électrons" de 180 $ ^ \ circ $ pour observer et isoler complètement les deux populations d'électrons distinctes. Ces deux angles de détection de polarisation - 180 $ ^ \ circ $ pour les particules de spin 1/2 et 90 $ ^ \ circ $ pour les particules de spin 1 - sont profondément liés aux symétries sous-jacentes des spins de particules, et identifient ainsi de manière unique les spins de ces particules.

Cependant, je dois également noter qu'il y a une étrange étrange dans la façon dont ces états de polarisation des photons fonctionnent. Vous pourriez appeler cela le problème de "l'état manquant".

En revanche, les atomes d'argent sont également de spin 1 et ont de manière pratique des moments magnétiques qui permettent une séparation "facile". Par exemple, en utilisant trois dispositifs séquentiels de Stern-Gerlach, vous pouvez en principe diviser une population d'atomes d'argent en six (oui, j'ai dit six, pas trois) populations qui correspondent géométriquement à des atomes avec des axes de spin orientés le long de $ \ pm $ X , $ \ pm $ Y et $ \ pm $ Z. Pour un atome d'argent unique , une utilisation extrêmement prudente de ce même arrangement peut en principe créer des fractions spatialement isolées de la fonction d'onde de l'atome d'argent. Lorsque cela est fait, cependant, vous vous retrouvez avec pas plus de trois des six «supports» utilisés, un le long de chaque axe. Vous pourriez par exemple vous retrouver avec 71% de la fonction d'onde de l'atome d'argent dans le support + X Stern-Gerlach, 55% en -Y et 45% en + Z. (C'est une somme vectorielle, donc ces pourcentages s'ajoutent en tant que composants vectoriels.)

Mais où est l'expérience comparable pour les photons? Vous pouvez les diviser le long des polarisations horizontale et verticale (ou X et Y), bien sûr. Mais comme vous ne pouvez pas vous arrêter dans leur direction de propagation, comment pouvez-vous gérer cet aspect du processus de séparation?

(Hmm, pensée étrange: en fait, de nos jours, il y a quelques laboratoires qui peut arrêter complètement les photons maintenant en utilisant des condensats de Bose à atomes métalliques spécialement réglés. Alors, est-ce que l'une de ces personnes a pensé à trouver un moyen d'examiner de plus près le problème de "l'état des photons cachés", je me demande? qui sont liés à certaines des expériences que d'autres ont mentionnées dans les réponses?)

(Deuxième pensée étrange: seuls les photons dans un vide voyagent à $ c $. Ne devrait pas faire tourner 1 photons voyageant à travers un milieu réfractif à moins de $ c $ ont donc une sorte de version explicite et accessible des états vectoriels le long de leurs axes de propagation? Après tout, je pense qu'un tel ralentissement pourrait être vu (peut-être?) comme un mélange d'états de photons $ c $ et "arrêtés", avec le ces derniers montrent vraisemblablement des états explicites de l'axe de propagation.)

Enfin, au moins par rapport aux atomes de spin 1, les photons ne se comportent pas non plus très bien y par rapport à l'expression d'une direction d'axe de rotation singulière. Par exemple, un seul axe X de Stern-Gerlach divise les atomes d'argent en trois groupes: + X, -X et «autre» (c'est-à-dire zéro spin X). Les appareils Stern-Gerlach ultérieurs peuvent ensuite subdiviser davantage le groupe "autre" en les populations $ \ pm $ Y et $ \ pm $ Z restantes.

Mais pour les photons, vous n'obtenez qu'un seul groupe d'axes X étiqueté " polarisation horizontale. " Où pointe l'axe de rotation dans ce cas? Ce n'est pas le cas. Les groupes $ \ pm $ X uniques qui sont facilement visibles avec des atomes d'argent n'ont pas vraiment d'analogue avec des photons, du moins aucun à ma connaissance. Peut-être que quelqu'un d'autre pourrait avoir plus d'informations?

Je m'excuse donc pour tous les "extras ajoutés", mais le point d'origine demeure: bien qu'étrange à bien des égards, les photons donnent facilement et de manière prouvée leur nature de spin 1 en les divisant en deux uniques et isolés populations via une rotation de 90 $ ^ \ circ $ d'un détecteur de photons (polariseur). Au-delà de cela, les rotations de photons deviennent assez étranges et pas si simples.

Une méthode est basée sur la conservation du moment cinétique.

La transition électronique doit suivre la règle de sélection $ \ Delta l = \ pm 1 $. Donc, la première chose à faire est de choisir un atome avec un moment angulaire total nul, puis de laisser l'atome absorber un photon et faire une transition vers l'état $ l = 1 $.

Deuxièmement, nous utilisons le Expérience de Stern-Gerlach pour détecter les moments magnétiques de cet atome, qui sont $ m = 0, \ pm 1 $ dans notre cas. En répétant des expériences avec des photons aléatoires, nous devrions voir qu'il y a principalement trois points lumineux sur l'écran: (1) non dévié, (2) vers le haut et (3) vers le bas. La distance entre la tache extérieure et le centre peut également être calculée à partir de la théorie. Assurez-vous que la demi-vie de l'état excité est suffisamment longue pour l'expérience.

De cette façon, vous pouvez prouver que le photon a spin = 1. (C'est ce que je pensais, aucune référence pour l'expérience réelle.)

Lors de la détection mécanique et mesure de la quantité angulaire de la lumière de Richard Beth, la lumière vive d'une lampe à arc au mercure était polarisée de manière circulaire et passait à travers une plaque demi-onde ( qui inverse le sens de polarisation circulaire) attaché à un pendule de torsion. Un peu de conception expérimentale intelligente a envoyé la lumière à travers la plaque demi-onde deux fois de sorte que chaque photon échangerait un moment angulaire $ 4 \ hbar $ avec la fibre. Beth a confirmé cette prédiction et a également montré qu'elle était cohérente avec le moment cinétique stocké dans les champs de l'électromagnétisme classique.

Spin of the photon est une recherche théorique en cours. Pour le champ électromagnétique classique, le moment angulaire total est $ \ vec {J} = \ vec {r} \ times < \ vec {E} \ times \ vec {B} > $ (tous les vecteurs). En théorie des champs cette quantité est $ \ vec {J} = \ vec {L} + \ vec {S} $, elle est invariante de jauge et peut être observée. Mais! Personne n'a trouvé de moyen correct de le représenter par la somme de deux opérateurs invariants de jauge pour le moment orbital angulaire et le spin (L et S). Ceci conclut les connaissances théoriques - l'opérateur du spin du photon n'est pas connu.

Il est possible de mesurer la composante Z du moment cinétique - l'hélicité.

Si vous pensez au spin du photon comme une quantité MAGNÉTIQUE, alors vous n'êtes certainement pas correct (pas faux Soit). Il n'y a pas d'expérience de double fente pour les photons :) Malheureusement.

Vous pouvez en savoir plus ici: http://arxiv.org/abs/arXiv:1006.3876

Pour parler franchement, le photon n'est pas aussi simple que les gens essaient de le prétendre. Cracking sa nature nécessitera plus d'efforts.

Merci de votre réflexion.

Je dirais que c'est un fait empirique. En physique atomique, vous n'observez pas de transitions optiques (par exemple induites par un laser) sans transfert de moment angulaire. Le changement de moment angulaire est toujours $ \ pm $ 1, c'est ce que le photon peut transmettre. Voir http://en.wikipedia.org/wiki/Selection_rule Les états atomiques avec différents moments angulaires sont identifiés via leur différents niveaux d'énergie dus à l'effet Zeeman dans un champ magnétique.

Une dérivation peut-être pas complètement rigoureuse, mais facile à comprendre:

On peut montrer que la magnitude du moment cinétique du rayonnement classique polarisé circulairement de fréquence $ \ omega $ et d'énergie $ E $ est donnée par $ E / \ omega $. Si nous supposons maintenant que le rayonnement est quantifié en paquets d'énergie $ E = \ hbar \ omega $, nous arrivons à la conclusion que le moment cinétique de la lumière est quantifié en paquets de $ \ hbar $.