論文の概要: Quantum field theory for spin operator of the photon
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2004.03771v6
- Date: Tue, 17 May 2022 05:33:15 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-25 11:50:41.642041
- Title: Quantum field theory for spin operator of the photon
- Title（参考訳）: 光子のスピン作用素に対する量子場理論
- Authors: Li-Ping Yang, Farhad. Khosravi, and Zubin Jacob
- Abstract要約: スピン角運動量 (SAM) $boldsymbolS_M= (1/c)int d3xboldsymbolpitimesboldsymbolA$ and orbit angular momentum (OAM) $boldsymbolL_M=- (1/c)int d3xpimuboldsymbolxtimesboldsymbolnablaA_mu$。
我々は古典電磁のよく知られたOAMとSAMを導出する
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.174721516017139
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: All elementary particles in nature can be classified as fermions with
half-integer spin and bosons with integer spin. Within quantum electrodynamics
(QED), even though the spin of the Dirac particle is well defined, there exist
open questions on the quantized description of spin of the gauge field particle
-- the photon. Using quantum field theory, we discover the quantum operators
for the spin angular momentum (SAM) $\boldsymbol{S}_{M}=(1/c)\int
d^{3}x\boldsymbol{\pi}\times\boldsymbol{A}$ and orbital angular momentum (OAM)
$\boldsymbol{L}_{M}=-(1/c)\int
d^{3}x\pi^{\mu}\boldsymbol{x}\times\boldsymbol{\nabla}A_{\mu}$ of the photon,
where $\pi^{\mu}$ is the conjugate canonical momentum of the gauge field
$A^{\mu}$. We also reveal a perfect symmetry between the angular momentum
commutation relations for Dirac fields and Maxwell fields. We derive the
well-known OAM and SAM of classical electromagnetic fields from the above
defined quantum operators. Our work shows that the spin and OAM operators
commute which is important for simultaneously observing and separating the SAM
and OAM. The correct commutation relations of orbital and spin angular momentum
of the photon have applications in quantum optics, topological photonics as
well as nanophotonics and can be extended in the future for the spin structure
of nucleons.
- Abstract（参考訳）: 自然界のすべての素粒子は半整数スピンを持つフェルミオンと整数スピンを持つボソンに分類される。
量子電磁力学(qed)では、ディラック粒子のスピンはよく定義されているが、ゲージ場粒子(光子)のスピンの量子化記述に関する疑問が存在する。
量子場理論を用いて、スピン角運動量 (sam) $\boldsymbol{s}_{m}=(1/c)\int d^{3}x\boldsymbol{\pi}\times\boldsymbol{a}$ および軌道角運動量 (oam) $\boldsymbol{l}_{m}=-(1/c)\int d^{3}x\pi^{\mu}\boldsymbol{x}\times\boldsymbol{\nabla}a_{\mu}$ の量子作用素を発見し、ここで $\pi^{\mu}$ はゲージ場 $a^{\mu}$ の共役正準運動量である。
また、ディラック場とマクスウェル場に対する角運動量可換関係の完全対称性を明らかにする。
我々は上記の量子作用素から古典電磁場のよく知られたOAMとSAMを導出する。
本研究は, SAMとOAMを同時に観察し分離する上で重要なスピンとOAM演算子が通勤することを示す。
光子の軌道とスピン角運動量の正しい可換関係は、量子光学、トポロジカルフォトニクス、およびナノフォトニクスに応用され、将来核子のスピン構造のために拡張される。
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