スライド 1

Similar documents
スライド 1

スライド 1

スライド 1

スライド 1

スライド 1

スライド 1

Microsoft Word - thesis.doc

PowerPoint Presentation

多次元レーザー分光で探る凝縮分子系の超高速動力学

s とは何か 2011 年 2 月 5 日目次へ戻る 1 正弦波の微分 y=v m sin ωt を時間 t で微分します V m は正弦波の最大値です 合成関数の微分法を用い y=v m sin u u=ωt と置きますと dy dt dy du du dt d du V m sin u d dt

スライド 1

スライド 1

スライド 1

PowerPoint プレゼンテーション

スライド 1

1/17 平成 29 年 3 月 25 日 ( 土 ) 午前 11 時 1 分量子力学とクライン ゴルドン方程式 ( 学部 3 年次秋学期向 ) 量子力学とクライン ゴルドン方程式 素粒子の満たす場 y ( x,t) の運動方程式 : クライン ゴルドン方程式 : æ 3 ö ç å è m= 0

Microsoft PowerPoint - 第2回半導体工学

1/30 平成 29 年 3 月 24 日 ( 金 ) 午前 11 時 25 分第三章フェルミ量子場 : スピノール場 ( 次元あり ) 第三章フェルミ量子場 : スピノール場 フェルミ型 ボーズ量子場のエネルギーは 第二章ボーズ量子場 : スカラー場 の (2.18) より ˆ dp 1 1 =

人間科学部研究年報平成 24 年 (1) (2) (3) (4) 式 (1) は, クーロン (Coulomb) の法則とも呼ばれる.ρは電荷密度を表し,ε 0 は真空の誘電率と呼ばれる定数である. 式 (2) は, 磁荷が存在しないことを表す式である. 式 (3) はファラデー (Faraday)

Microsoft PowerPoint - 第3回2.ppt

Microsoft PowerPoint - qchem3-9

数学 t t t t t 加法定理 t t t 倍角公式加法定理で α=β と置く. 三角関数

vecrot

Microsoft Word - Chap17

スライド 1

ÿþŸb8bn0irt

スライド 1

平面波

第9章

Chap2.key

Microsoft PowerPoint - H22制御工学I-2回.ppt

スライド 1

Microsoft PowerPoint - 複素数.pptx

ベクトルの基礎.rtf

Microsoft PowerPoint - H22制御工学I-10回.ppt

物性基礎

反射係数

1/17 平成 29 年 3 月 25 日 ( 土 ) 午前 11 時 37 分第 7 章 : 量子力学とディラック方程式 ( 学部 4 年次向 ) 第 7 章量子力学とディラック方程式 Ⅰ. クライン ゴルドン方程式の完全平方化 素粒子場 : y ( x,t ) の従うクライン ゴルドン方程式は

例 e 指数関数的に減衰する信号を h( a < + a a すると, それらのラプラス変換は, H ( ) { e } e インパルス応答が h( a < ( ただし a >, U( ) { } となるシステムにステップ信号 ( y( のラプラス変換 Y () は, Y ( ) H ( ) X (

交流 のための三角関数 1. 次の変数 t についての関数を微分しなさい ただし A および ω は定数とする 1 f(t) = sin t 2 f(t) = A sin t 3 f(t) = A sinωt 4 f(t) = A cosωt 2. 次の変数 t についての関数を積分しなさい ただし

テンソル ( その ) テンソル ( その ) スカラー ( 階のテンソル ) スカラー ( 階のテンソル ) 階数 ベクトル ( 階のテンソル ) ベクトル ( 階のテンソル ) 行列表現 シンボリック表現 [ ]

スライド 1

<4D F736F F D FCD B90DB93AE96402E646F63>

Q E Q T a k Q Q Q T Q =

<4D F736F F F696E74202D D488A778AEE B4F93B982CC8AEE A2E707074>

応用数学A

Chap3.key

Microsoft Word - 量子化学概論v1c.doc

自由落下と非慣性系における運動方程式 目次無重力... 2 加速度計は重力加速度を測れない... 3 重量は質量と同じ数値で kg が使える... 3 慣性系における運動方程式... 4 非慣性系における運動方程式... 6 見かけの力... 7 慣性系には実在する慣

第 4 週コンボリューションその 2, 正弦波による分解 教科書 p. 16~ 目標コンボリューションの演習. 正弦波による信号の分解の考え方の理解. 正弦波の複素表現を学ぶ. 演習問題 問 1. 以下の図にならって,1 と 2 の δ 関数を図示せよ δ (t) 2

Microsoft Word - 9章(分子物性).doc

2012/10/17 第 3 章 Hückel 法 Schrödinger 方程式が提案された 1926 年から10 年を経た 1936 年に Hückel 法と呼ばれる分子軌道法が登場した 分子の化学的特徴を残しつつ 解法上で困難となる複雑な部分を最大限にカットした理論である Hückel 法は最

多体系の量子力学 ー同種の多体系ー

Microsoft PowerPoint - 物情数学C(2012)(フーリエ前半)_up

パソコンシミュレータの現状

スライド 1

Microsoft Word - Chap11

19年度一次基礎科目計算問題略解

2009 年 11 月 16 日版 ( 久家 ) 遠地 P 波の変位波形の作成 遠地 P 波の変位波形 ( 変位の時間関数 ) は 波線理論をもとに P U () t = S()* t E()* t P() t で近似的に計算できる * は畳み込み積分 (convolution) を表す ( 付録

Microsoft Word - 5章摂動法.doc

超伝導状態の輸送方程式におけるゲージ不変性とホール効果

Microsoft Word - 8章(CI).doc

Microsoft Word - mathtext8.doc

Taro-F25理論 印刷原稿

Microsoft PowerPoint - 10.pptx

入門講座 

高校電磁気学 ~ 電磁誘導編 ~ 問題演習

座標変換におけるテンソル成分の変換行列

<4D F736F F D E682568FCD CC82B982F192668BAD9378>

Microsoft Word - note02.doc

Microsoft Word - 素粒子物理学I.doc

画像処理工学

7 渦度方程式 総観規模あるいは全球規模の大気の運動を考える このような大きな空間スケールでの大気の運動においては 鉛直方向の運動よりも水平方向の運動のほうがずっと大きい しかも 水平方向の運動の中でも 収束 発散成分は相対的に小さく 低気圧や高気圧などで見られるような渦 つまり回転成分のほうが卓越

領域シンポ発表

木村の物理小ネタ ケプラーの第 2 法則と角運動量保存則 A. 面積速度面積速度とは平面内に定点 O と動点 P があるとき, 定点 O と動点 P を結ぶ線分 OP( 動径 OP という) が単位時間に描く面積を 動点 P の定点 O に

Microsoft PowerPoint - 1章 [互換モード]

座標系.rtf

以下 変数の上のドットは時間に関する微分を表わしている (ex. 2 dx d x x, x 2 dt dt ) 付録 E 非線形微分方程式の平衡点の安定性解析 E-1) 非線形方程式の線形近似特に言及してこなかったが これまでは線形微分方程式 ( x や x, x などがすべて 1 次で なおかつ

ニュートン重力理論.pptx

2018/6/12 表面の電子状態 表面に局在する電子状態 表面電子状態表面準位 1. ショックレー状態 ( 準位 ) 2. タム状態 ( 準位 ) 3. 鏡像状態 ( 準位 ) 4. 表面バンドのナローイング 5. 吸着子の状態密度 鏡像力によるポテンシャル 表面からzの位置の電子に働く力とポテン

Microsoft PowerPoint _量子力学短大.pptx

航空機の運動方程式

木村の物理小ネタ 単振動と単振動の力学的エネルギー 1. 弾性力と単振動 弾性力も単振動も力は F = -Kx の形で表されるが, x = 0 の位置は, 弾性力の場合, 弾性体の自然状態の位置 単振動の場合, 振動する物体に働く力のつり合

Microsoft PowerPoint - qcomp.ppt [互換モード]

Microsoft Word - 1B2011.doc

平成 年 月 7 日 ( 土 第 75 回数学教育実践研究会アスティ 45 ビル F セミナールーム A 札幌医科大学 年 P ab, を正の定数とする 平面上において ( a, を中心とする円 Q 4 C と (, b を中心とする円 C が 原点 O で外接している また P を円 C 上の点と

スライド 1

Microsoft PowerPoint - H21生物計算化学2.ppt

ÿþŸb8bn0irt

Microsoft Word - 1.2全反射.doc

Microsoft Word - 力学12.doc

Microsoft Word

磁気光学の基礎と最近の展開(3)

s ss s ss = ε = = s ss s (3) と表される s の要素における s s = κ = κ, =,, (4) jωε jω s は複素比誘電率に相当する物理量であり ここで PML 媒質定数を次のように定義する すなわち κξ をPML 媒質の等価比誘電率 ξ をPML 媒質の

有機4-有機分析03回配布用

ハートリー・フォック(HF)法とは?

2011年度 大阪大・理系数学

2 図微小要素の流体の流入出 方向の断面の流体の流入出の収支断面 Ⅰ から微小要素に流入出する流体の流量 Q 断面 Ⅰ は 以下のように定式化できる Q 断面 Ⅰ 流量 密度 流速 断面 Ⅰ の面積 微小要素の断面 Ⅰ から だけ移動した断面 Ⅱ を流入出する流体の流量 Q 断面 Ⅱ は以下のように

ÿþŸb8bn0irt

ハートレー近似(Hartree aproximation)

Transcription:

暫定版修正 加筆の可能性あり ( 付録 ) 電磁波 ( 光 ) の角運動量. 復習 : 電磁波 ( 光 ) のエネルギー. 運動量 角運動量 ( 実空間 ) 3. 軌道 スピン角運動量 4. 円偏光状態 5. 螺旋状態 付録 8 のアプローチ. 本付録では電磁波 ( 光 ) の軌道 スピン角運動量ついて古典的に扱う. スピン角運動量は直線偏光状態では零 円偏光状態では非零 右 左回りで大きさは同じ 符号が異なる 3. 電磁波 ( 光 ) のスピン角運動量は偏波ベクトルの自転によるものと考える 4. 付録 8: 単一光子の角運動量はどうする 量子的な扱いについて検討する 5. 付録 83: 軌道角運動量は波数ベクトルの自転によるものではないか? 8-

電磁波 ( 光 ) のエネルギー () 単位体積当たりの電磁波エネルギー ( エネルギー密度 ): 真空中光の古典的扱い : 波としての光 ( 電磁波 ) vacuum Um H H 単位体積当たりの電磁波エネルギー別名 : エネルギー密度. 振動電場 のエネルギー密度. 振動磁場 Hのエネルギー密度 3. 両者の和 : 電磁波エネルギー密度 4. 振動電場と振動磁場はいつも一緒 : 電磁波 フーリエ変換 逆変換 : 平面進行波展開, 3 3 r r t d r 3 * t d, t t t r 実空間 : 振幅電場 (r,t) 波数ベクトル空間 : 複素共役実空間振幅電場 が実数であることと等価 θ: 初期位相 全空間電磁波 ( 光 ) のエネルギー : 実空間 / 波数ベクトル空間, td 3 r r d 3 3 8-

電磁波 ( 光 ) のエネルギー () 計算例 d r r r, t 3 3 3 3 3 ' 3 d d r r ' d ' 3 3 3 ' r 3 3 ' d r d d ' 3 3 3 ' ' d d ' 3 3 d 3 * 3 d 3 3 d ' 3 3 ' r d r 8-3

復習 : 電磁波 ( 光 ) の運動量密度 参照 :65 微小領域に作用する内力 外力の両方を含む力の総和の内訳 微小領域 :dv 右辺第一項 : 微小領域内の電荷に作用する内力 外力の両方を含むローレンツ力 右辺第二項 : 電場 磁場 H が時間変化する微小領域に作用する力 時間変化する電場 磁場 H( 即ち 振動電場 振動磁場 H) とは電磁波 ( 光 ) にほかならないから 第二項は微小領域に存在する電磁波 ( 光 ) に作用する力 H dv dv dv t c σ fcharg 右辺第二項力とは : 運動量の単位時間変化 定義 : 電磁波 ( 光 ) の運動量密度 単位体積当たりの電磁波 ( 光 ) の運動量 ( 背景 : 真空 ) momntum dnsty G H S c c ポインティング ベクトル Poyntng vctor 参照 :63-6 微小領域に作用する力 : 何が言いたいのかな? 微小領域に作用する力は 電荷に作用する内力 外力の両方を含むローレンツ力 と 電磁波 ( 光 ) に作用する力 の総和 電荷が存在しない状況ではローレンツ力は微小領域に作用しない 微小領域内の電磁波 ( 光 ) に作用する力は電磁波 ( 光 ) 運動量の時間変化を伴う 質問 : 微小領域内の電荷に作用する内力 外力の両方を含むローレンツ力 は 微小領域に作用する内力 外力の両方を含む全ての力 と考えてよい? 解答 : 微小領域内の電磁波 ( 光 ) に作用する力を含める 8-4

運動量 角運動量 ( 実空間 ) 運動量密度 : 真空中 Gr, t r, t H r, t c 電磁波の運動量密度 : 参照 65 マクスウェルの応力テンソル (strss tnsor) から導出 振動電場 振動磁場 H は実空間に対応 波動性はマクスウェルの方程式で記述 角運動量密度 : 真空中, thr, t r zr, t rg r, t r c 全空間角運動量 : 空間全体で積分 Z rr G r rr r, thr, t 3 3 d, t d c 波数 ( 運動量 ) 空間 : 平面進行波展開 簡単のため : 波数 ( 運動量 ) ベクトル空間からベクトルを省略 3 r 3, t d, r t 8-5

軌道角運動量 () 全空間角運動量 : 導出 8- Z d 3 3 * * 右辺第一項 : 軌道角運動量 二重下線 : 微分不感 ZL,,, 3 3 * d 特徴 : 軌道角運動量は偏光状態に無依存 偏波ベクトル ( 単位ベクトル ) * * t t,, y z * * * * y * z y z 8-6

軌道角運動量 () 一例 : 平面進行波 ( 単一波数ベクトル ) の場合, y, z,,, y, z,, y, z L y y y z z z Z 計算例 : 一部のみ 納得 : 平面進行波の軌道角運動量は零 3 3 * d ZL 3 3 * d d d d d, 3 * * y z y z d 注意 : デルタ関数の微分は原点で零 8-7

スピン角運動量 () 再掲 : 全空間角運動量 Z d 3 3 * * 右辺第二項 : スピン角運動量 二重下線 : 微分不感 ZS d 3 3 * 特徴 : スピン角運動量は偏光状態に依存 偏波ベクトル ( 単位ベクトル ) t * * t 確認 : 直線偏光状態のスピン角運動量は零 * * 8-8

スピン角運動量 () 左円偏光の場合 : 参照 8-4 偏波ベクトルが複素数 スピン角運動量は非零 進行方向 :z 軸正方向 L * 右円偏光の場合 : 参照 8-4 偏波ベクトルが複素数 スピン角運動量は非零 進行方向 :z 軸正方向 R * これまでにわかったこと : 電磁波 ( 光 ) の全空間角運動量は軌道角運動量とスピン角運動量の和 軌道角運動量は偏光状態に無依存であり 特に 平面進行波 ( 単一波数ベクトル ) の軌道角運動量は零 ラゲール ガウシアンモード (Lagurr-Gaussan) で展開すれば非零軌道角運動量となる ( 説明省略 ) スピン角運動量は偏光状態に依存する 直線偏光状態では零 円偏光状態では非零 右 左回りで大きさは同じ 符号が異なる 電磁波 ( 光 ) のスピン角運動量が偏波ベクトルの自転 ( 円偏光状態 ) によるものであることが明確になった これから調べたいこと : 付録 8: 単一光子の全空間角運動量はどうなる? 付録 83: スピン角運動量が偏波ベクトルの自転 ( 円偏光状態 ) によるものであるなら 軌道角運動量はどのベクトル ( 実は波数ベクトルの自転 ) によるもの? 8-9

計算例 () 振幅電場 : 古典的な波動関数 r 3 t d r 3 3 * r r, t d, t t t, 定義 : 電磁波の角運動量密度 3 3 H 3 Z d r r G d rr c d c rr H 6 3 ' 3 3 c d r r rr ' d ' d H 6 3 ' 3 3 c d r r r ' d ' d H r ' 6 3 3 3 ' r ' r ' r r ' H r r c d d d 8-

計算例 () 続き : 計算例 部分積分 ; Intgraton by parts ' 6 3 3 3 ' r ' Z c d r d d H 6 3 3 3 ' r ' 3 ' ' H 3 3 d F f d f F c d r d ' d H ' 3 3 c d d ' 3 3 H H 3 3 ' d r c d 二重下線 : 微分不感 3 3 c d c 3 3 d, y z 下線部 : 参照 8-4 r 8-

計算例 (3) 続き : 計算例,, = A CB A B C fa f A f A 3 Z A B C d 3 3 3 d 8-

計算例 (4) 続き : 計算例 d 3 3 Z 3 3 d 3 3 d fa f A 3 3 d 3 3 d 3 3 3 3 3 Z d d 3 3 * * 8-3

計算例 (5) 続き : 計算例 A BC = A CB H H A B C H,, H H r t r t 実空間 : アンペールの法則 3 r 3 * r, t d, 3 r 3 * H H H r, t H H d, 8-4

円偏光状態 () 右円偏光 : 右回り ( 時計回り ) Rght crcular / clocws 螺旋状態 (hlcty): 負 左円偏光 : 左回り ( 反時計回り ) Lft crcular / countrclocws 螺旋状態 (hlcty): 正 z cos z t cost y cosz t z cos t snt z cos z t cost y cosz t z cost snt 時間に対して時計回り ( 右回り ) 時間に対して反時計回り ( 左回り ) 8-5

円偏光状態 () 右円偏光 : 位置に対して反時計回り 進行方向 :z 軸正方向 t cos z cos z t t y sn z y cos z t 混乱状態 : 右円偏光とは? 時間に対して時計回り ( 右回り ) 位置に対しては反時計回りなので 位置に対して右ネジ回転 ( 右手系 ) 時間に対して右回りなのか 位置に対して右手系なのか区別しないと大混乱 右円偏光は位置に対して右手系であるということでわかりやすいのですが 時計は時間経過とともに針が回転するから 位置に対して反時計回りという表現はやや苦しい y..5. 右手系右手のつもり三角 : 爪.5...5. 時間軸ではない! 3 4..5 注意 : 位置に対して反時計回り ( 右ネジ回転 ) z 8-6

円偏光状態 (3) 複素数表示 : 右円偏光 p z t y p z t p z t R R,, p z t y y 複素数表示 : 左円偏光 p z t y p z t p z t L L,, p z t y y 正規直交完備系 :complt orthonormal systm,, L y R y z 8-7

円偏光状態 (4) 進行方向 : 任意..5. 右手のつもり白色 : 爪.5...5. 時間軸ではない! 3 4..5 n 右円偏光 p r t R R 左円偏光 p r t L L 正規直交完備系 :complt orthonormal systm,, L R z 8-8

螺旋状態 () 進行方向 :z 軸正方向固有状態 ( ベクトル ) と固有値 赤色 :yz 基底 L R z 電磁波 ( 光 ): 縦波は無視 螺旋状態 (hlcty) : 行列表示演算子 Jz の固有状態に対応 ˆ L L ˆ R R J ˆ z, J z, J z 正のhlcty 負のhlcty 8-9

螺旋状態 () 進行方向 :z 軸正方向青色 : 円偏光基底 赤色 :yz 基底 L R,, 基底変換 ( chang of bass): 行列表示 a ˆ ˆ ˆ ˆT b T, T, T T c a b a b y c z c c L R z, 縦波は無視 8-

螺旋状態 (3) 計算例 a ' a a ' a ˆ ˆ ˆ ˆ b ' b T b ' T TT b c ' c c ' c ' a' a ˆ ˆ ' T b', T b ' c' c ' ' ' ˆ, ˆ z z T T L R 8-

螺旋状態 (4) 計算例 ˆ ˆ ˆ J T T ˆ ˆ ˆ J y T T ˆ ˆ ˆ ˆ J z T T, T 8-

8-3 螺旋状態 (5) ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ y y z z J J J 電磁波 ( 光 ) の螺旋状態を記述する 3 3 行列 : J Jy Jz 量子数 ( 整数 ) の角運動量演算子 ( 行列表示 :3 3 ) と一致 ( 参照 89) 量子数 /( 半整数 ) の角運動量演算子 ( パウリ行列 : ) と不一致 ( 参照 8) 電磁波 ( 光 ) のスピン角運動量から量子性 ( 量子数 ) を垣間見ることになる 計算省略 : やや飛躍するかもしれないがパウリ行列 :Paul matrcs