Drehimpuls für Licht und elektromagnetische Wellen

Drehimpuls für Licht und elektromagnetische Wellen

Hintergrund und eigentliche Erklärung

Die Energie eines Photons direkt an die Frequenz, die E = hv und der Impuls eines Photons entspricht der Energie, die durch die Lichtgeschwindigkeit geteilt p = E / c . Photonen mit unterschiedlichen Energien tragen eine unterschiedliche Dynamik
Neben ihrer Dynamik hat jedes Photon ein weiteres Merkmal - Spindrehimpuls , die unabhängig von ihrer Frequenz .
Spindrehimpuls im wesentlichen kreisförmig Polarisation eines Photons und nur zwei mögliche Werte: ± h/2π . In einer intuitiven Darstellung , denn dies ist ein Quanten- Merkmal ohne klassische Korrespondent , ist der Drehimpuls der spiralförmige Dynamik des Photons entlang seiner Flugbahn .
Der experimentelle Nachweis , dass ein Faszikel von polarisiertem Licht einen Drehimpuls trägt wurde von Beth 1936 bewiesen.
Das zirkular polarisierte Licht durch eine Materialbahn verändern ihre Polarisation und somit das Blatt gedreht wird, mit einem kleinen Winkel . Um den Effekt zu verstärken mikroskopischen die Änderung der Polarisation durch Lichtreflexion an einem zweiten versilbert Materialbogen , wie in 1 verwendet . Die Platten aufgehängt sind und die Möglichkeit der Drehung .
Wenn einfallende Licht , links polarisiertes durchlaufen Blatt L, ändert seine Polarisation und werden rechts polarisiert. Licht tritt zweimal durch die zweite Schicht l und aufgrund der Änderung der Polarisation der Reflexion , kommen wieder Blatt L mit Polarisation verändert im Rahmen der grundlegenden einfallenden Lichts. Auf diese Weise übergeben zweimal durch das Blatt L werden die Effekte hinzugefügt und besser zugänglich zu messen.

Angular001
Abbildung 1 . Beth vereinfachte Gerät

M = Nh/2pi : Wenn N Photonen, die einmal durchlaufen Bogen emittiert werden , es wird ein Drehmoment übertragen Folie gleich sein mit

Vorgeschlagene weiteren Experiment

Eine Wiederholung des Experiments mit Beth Mikrowellen anstelle von Licht zwischen Verhalten von Licht (IR, VIS , UV, Röntgen , Gamma ) und einer elektromagnetischen Welle (Radio, Mikrowelle oder terraherz ) unterscheiden.
Nach dem tatsächlichen Quantentheorie trägt eine Mikrowelle Photonen die gleiche Menge des Drehimpulses wie ein Licht Photon.
Folglich , wenn ein Mikrowellen-Quelle mit der gleichen Leistung anstelle von Licht und natürlich wird die Blätter von Materialien mit einem transparenten Material für Mikrowellen geändert werden, sollten die gleichen Wirkungen erzielt werden.
Das Blatt L muss von einer hohen transparenten Mikrowelle Material bereits auf dem Markt erhältlich , wie beispielsweise Polypyrrolfilme oder Mikrotubuli von Polyanilin hergestellt werden. L Bogen gemacht kleben zwei Filme von polypyrolle , eine transparente für Mikrowellen-und einem sekundären dotierten Film mit hoher Reflektivität Kapazität für Mikrowellen werden ; dieser zweite Film ist praktisch die versilberten Spiegel aus dem Licht bei Experiment .
In der Realität mit einer Mikrowellen-Quelle und an Schichten , ist das Ergebnis völlig negativ und die Blätter nicht dreht.
Der grundlegende Unterschied zwischen einer Welle und Korpuskel Hinblick auf die Möglichkeit, einen Drehimpuls tragen . Licht Photonen ( von IR bis gamma ) mit einer korpuskularer Natur tragen einen kleinen Drehimpuls .
Elektromagnetische Wellen tragen nicht einen Drehimpuls und unabhängig von der Drehung des elektrischen oder magnetischen Komponente der Welle, hat ein Elektron nicht genug Zeit, um an dieser Veränderungen zu reagieren .
Betrachten wir , dass elektromagnetische Wellen eine Elektronen getroffen , in dem ersten Halb Zeitraum , wenn das elektrische Feld E erhöht , wie in fig. 2 . In diesem Fall wird das Elektron in Richtung der Erhöhung des elektrischen Feldes angezogen werden.

Angular002
Nach einem halb Zeitraum wird das elektrische Feld seine Richtung ändert , und natürlich die Elektronen ändert seine Bewegungsrichtung , auch, wie in fig. 3 .

Angular003
Da die Änderung der Richtung des elektrischen Feldes ist umso dann 10exp (8) mal pro Sekunde die Elektronen aufgrund seiner Trägheit nicht mehr bewegen .
Folglich eine elektromagnetische Welle kann nicht zu einem makroskopischen Drehimpuls bei Absorption oder Reflexion .
Die detaillierte Wechselwirkung zwischen elektromagnetischen Wellen und Materie wird in weiteren Studie beschrieben.
Für den vorgeschlagenen Experiment ist zu betonen , dass im Falle von Mikrowellen , die Schicht des Materials nicht verdreht .

Angular momentum for light and electromagnetic waves

Background and actual explanation

The energy of a photon is directly related to its frequency E=hν and the momentum of a photon is equivalent to the energy divided by the speed of light p = E/c . Photons with different energies carry a different momentum
Besides their momentum, any photon has another characteristic - spin angular momentum which is independent of its frequency.
Spin angular momentum is essentially circular polarization for a photon and has only two possible values: ±h/2π. In an intuitive representation, because this is a quantum characteristic without classical correspondent, the angular momentum is the helical momentum of the photon along its flight path.
The experimental proof that a fascicle of polarized light carries an angular momentum was proved by Beth in 1936.
The circular polarised light passing through a sheet of material change its polarisation and consequently the sheet is rotated with a small angle. In order to amplify the microscopic effect the change of polarisation due to light reflection on a second silvered material sheet is used as in fig.1. The sheets are suspended and have the possibility of rotation.
When incident light, left polarised pass through sheet L, changes its polarisation and become right polarised. Light passes two times through the second sheet l and due to the change of polarization during reflection, arrive again at sheet L with polarisation changed related to initial incident light. In this way passing two times through the sheet L, the effects are added and become more accessible to be measured.

Figure 1. Beth simplified device

If there are emitted N photons which pass once through sheet, there will be an angular momentum transferred to sheet equal with:M =Nh/2pi

Proposed further experiment

A repetition of Beth experiment with microwaves instead of light can differentiate between comportment of light (IR,VIS,UV,Xray, Gamma) and an electromagnetic wave (radio, microwave or terraherz).
According to actual quantum theory, a microwave photon carries the same amount of angular momentum like a light photon.
Consequently when a microwave source with the same power is used instead of light and of course the sheets of materials are changed with a material transparent for microwave, the same effects should be obtained.
The L sheet must be made from a high transparent microwave material already available on the market as example polypyrrole films or microtubules of polyaniline. L sheet can be made sticking two films of polypyrolle, one transparent for microwave and a secondary doped film, having high reflectivity capacity for microwave; this second film is practically the silvered mirror from the light case experiment.
In reality, using a microwave source and adapted layers, the result is completely negative and the sheets are not rotating.
The fundamental difference between a wave and a corpuscle regards the possibility to carry an angular momentum. Light photons (from IR to gamma) having a corpuscular nature can carry a small angular momentum.
Electromagnetic waves do not carry an angular momentum and independent on the rotation of electric or magnetic component of wave, an electron does not have enough time to react at this changes.
Let’s consider that electromagnetic waves hit an electron, in the first semi period, when the electric field E increases, as in fig. 2. In this case the electron will be attracted toward the direction of increasing electric field.

After a semi period, the electric field changes its direction, and of course the electron changes its direction of motion, too, like in fig. 3.

Because the change of electric field direction is made more then 10exp(8) times per second the electron due to its inertia does not move at all.
Consequently an electromagnetic wave can’t produce a macroscopic angular momentum at absorption or reflection.
The detailed interaction between electromagnetic waves and matter will be described in further study.
For the proposed experiment, it is necessary to emphasize that in case of microwaves, the layer of material does not twist.