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慢长的时间跨度:自旋光束和粒子光束 精选

已有 3785 次阅读 2017-10-29 10:47 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记

 

       传统的光束概念就是粒子光束,这个粒子也处于波动状态。由电磁场理论给出光束的定义是横波,从而波粒子的偏振态与光传播方向垂直。

       这个光束的波粒两相性概念是很早就建立起来了的。波只有线动量的概念。

       我看到的一篇1937年的文献,以实验为依据,认为光束有绕光线传播方向的转动(现在称为自旋),从而光线可以分为左手性旋光和右手性旋光。【Condon E U. Theories of optical rotatory power. Rev Mod Phys, 1937, 9: 432-457.

       但是,经典的光学理论接受旋光的概念,但是用偏振的相位差来作出理论解释。实质上拒绝了自旋光束的概念的理论地位。

       很多学者质疑光束的波粒两相性概念。但是,有两种基本的态度:1)否定光束的波粒两相性概念,要么用粒子性来解释波动性,要么用波动性来解释粒子性。2)接受光束的波粒两相性概念,但是认为它不完整,有待进一步开拓。

       到了现代,明确下来的是:光束有两类。一类是经典光束,用经典的麦克斯韦波动方程描述;而另一类则是自旋光束,用经典的薛定轭量子波动方程描述。见2017年的文章【Lloyd S M, Babiker M, Thirunavukkarasu G, Yuan J. Electron vortices: beams with orbital angular momentum. Rev Mod Phys. 2017, 89. DOI: 10.1103/RevModPhys.89.035004.

       这两篇文章的时间跨度为80年。从原始的不完整(片面的理论,少量的实验),演化为完整的理论(和实验验证)。

       由于理论上对于自旋粒子波束(电子、中子、光子)的确认,可以预期的是相关的、基于这类波束来研究新的探测类仪器将成为技术开发领域的热点。

       而要进行这类探测仪器的研发,就必须在理论上了解这样的波动理论,研究这类波与被探测介质的相互作用。

       在传统上,我们把这类研究划入基础科学研究。

但是,现实是,这就是工程技术研究的直接基础。

       在地震波理论中,Crampin很早就得到了自旋波的观测结果。但是,由于缺乏相关的抽象理论支持,地震学界总是投来怀疑的眼光。可以预期的是自旋波射线的概念有可能进入弹性波,从而也开发出相应的无损探测仪器。

       有实验基础的新理论,或是理论所对应的实验现象得到确认,都是新技术研发的基础。而对于研发者而言,深厚的理论把握则成为必要的条件。

       新工科概念培养此类工程技术人才吗?

 

 

 



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