Լույսի մոնո և բիֆոտոնային փնջեր, բևեռացման հարցեր. Վահրամ Մխիթարյան

Լույսի մոնո և բիֆոտոնային փնջեր, բևեռացման հարցեր. Վահրամ Մխիթարյան

Լույսի մասին դասական պատկերացումներն ընդլայնվեցին ու հստակվեցին Ջեյմս Կլերկ Մաքսվելի կողմից 1865թ. Էլեկտրամագնիսական դաշտի հավասարումների հայտ­նա­գործությունից հետո, երբ պարզ դարձավ, որ գոյություն ունի նյութի, մա­տե­րիայի ևս մեկ տեսակ, որը դրսևորվում է որպես էլեկտրամագնիսա­կան դաշտի ալիք­ներ։ Այդ հայտնագործությունը ամրապնդվեց նրանով, որ այդ ալիքների՝ միջա­վայրերում տարածվելու հաշվարկված արագությունը համընկավ լույսի տա­րած­ման արագության հետ։ Մաքսվելի հավասարումները մինչ այժմ էլ ճշգրիտ նկա­րագրում են լույսի՝ որպես էլեկտրամագնիսական ալիքի տարածման և փո­խազ­դեցության օրինաչափությունները։

Լուսային փնջի բևեռացում ասելով՝ հասկանում են նրա տարածմանն ուղղա­հա­յաց հարթության մեջ էլեկտրական (կամ մագնիսական) դաշտի տատանման երկրա­­չա­փական բնութագիրը։ Այսպես, եթե էլեկտրական դաշտի  տատանման հար­­թու­թյու­նը չի փոփոխվում, հաստատուն է, ապա այն գծային բևե­ռաց­ված փունջ է։ Եթե էլեկտրական դաշտի վեկտորը պտտվում է, ապա այն շրջանաձև բևեռացված է։ Հնարավոր է նաև էլիպսով՝ գծային և շրջա­նա­գծա­յի­նի համադրությամբ։

Նշենք, որ ասվածը տեղային, տվյալ կետում դիտարկվող բևեռացումների, էլեկ­տրա­կան վեկտորի հարթության մասին է։ Եթե փունջը համասեռ է բևեռացված, ապա նրա բոլոր կետերում էլ բևեռացման բնույթը նույնն է, սակայն չի նշանակում, որ նրանք համաֆազ, սինքրոն են տատանվում։ Օրինակ, բնական լույսը կարելի է հա­մասեռ բևեռացնել, սակայն կետից կետ տաСнимок2տանումները կլինեն տարբեր փու­լե­րով, իսկ ոչ գծային բևեռացման դեպքում էլեկտրական դաշտի վեկ­տոր­ները կարող են ունենալ տարբեր ուղղություններ։

Վերը ներկայացվածը պարզագույն սիմետրիայի փնջերի համար է, երբ խնդի­րը լուծվում է դեկարտյան կոորդինատական համակարգում տեղափոխության նկատմամբ սիմետրիայի դեպքում։ Եթե այլ սիմետրիաներ են, ապա բևեռացման տեղային, դիտարկվող կետում նույնպես նկարագրվում են գծային, շրջանային կամ էլիպտիկ բևեռացումներով, սակայն ունեն համապատասխան սիմետրիա՝ գլանային, սֆերային կամ այլ։ Մասնավորապես, գլանային սիմետրիայի դեպքում բևեռացումը կարող է ամեն կետում գծային լինել ու ուղղված շառավղով, տանգենցյալ՝ շառավղին ուղղահայաց կամ պարուրաձև։ Նույն սիմետրիաներով, սակայն ամեն կետում կարող են լինել նաև շրջանա­գծով կամ էլիպսով բևեռացված փնջեր։

Снимок3

Քվանտային մեխանիկայի զարգացումներն էապես փոխեցին լույսի մասին պատ­կերացումները։ Մասնավորապես պարզվեց, որ լուսային փնջերը չեն կարող ցան­կացած փոքր էներգիա ունենալ և բաղկացած են վերջավոր, 0-ից տարբեր էներ­գիայով օժտված լույսի մասնիկներից՝ ֆոտոններից։ Պլանկի այս հայտ­նա­գոր­ծու­թյունից բխում էր, որ այդ փոքրագույն էներգիան հավասար է , որտեղ հ–ը Պլանկի հաստատունն է, իսկ ν–ն՝ լույսի, էլեկտրամագնիսական ալիքի տատա­նում­ների հաճախությունը։

Իսկ ի՞նչ բևեռացում ունի մեկ ֆոտոնը։ Հարցն այնքան էլ հասարակ չէ, քանի որ տարրական մասնիկներին վերագրվում է սեփական պտույտի մոմենտը՝ սպինը։ Այլ բնութագրեր՝ բևեռացում, դաշտի տարածական բաշխում, փուլ և այլ, նկարագրում են մեծ քանակի մասնիկներին, խմբերին։

Մասնիկներ կան 0-ական սպինով, կան կիսամբողջ թվերով, ինչպես, օր՝. էլեկտրոնի սպինը 1/2 է, իսկ ֆոտոնի սպինը ուղղված է տարարածման առանցքով և ամբողջական է՝ հավասար է +1 կամ ―1–ի։ Ինչպիսին էլ լինի էլեկտրա­մագ­նի­սա­կան դաշտի բաշխումը մեկ ֆոտոնում, սպին ունենալը ինքնաբերաբար նշա­նա­կում է, որ որ այդ դաշտի վեկտորները  պտտվում են շրջանագծով կամ աջ կամ ձախ։

Սա էլ առանձնապես հիմնավորված ներկայացում չէ, քանի որ գլանային կամ սֆերիկ ֆոտոն­ներ քվանտային էլեկտրադինամիկայում դեռ չեն դիտարկվել ու համապատաս­խան նկարագրություն գոյություն չունի։ Սակայն, ամեն դեպքում, ֆոտոնների բևեռացման մասին խոսելիս միակ բնութագրիչը նրա սպինն է։ Նրանով են որոշվում փոխազդեցության ու տարածման հատկությունները, մոմենտի պահպանման օրենքը։

Բազմաֆոտոնային փնջերի դեպքում հստակ տարանջատվում են մոնո՝ միա­տե­սակ ֆոտոններից և տարատեսակ ֆոտոններից բաղկացած փնջերը։ Նույն էներ­գիայով և նույն սպինով փնջերը կազմում են շրջանաձև բևեռացված փնջեր։

Снимок4

Երկու տարբեր ֆոտոններից բաղկացած համակարգի, բիֆոտոնի բևեռա­ցու­մը գծային է։ Նրանց միջև փուլային առնչությունից կախված որոշակի հարթու­թյամբ (անկյան տակ) ձևավորվում է գումարային էլեկտրական դաշտի տա­տա­նում­ները։

Հասկանալի է, որ մոնոֆոտոնային փնջերով բացի շրջանաձև բևեռացված փնջերից այլ բևեռացումներով փնջեր չեն կարող ձևավորվել։ Իսկ եթե ունենք գծային բևեռացված լուսային փունջ, ապա այդ փունջը միարժեքորեն բաղկացած է բիֆոտոններից, որոնց միացյալ, կոլեկտիվ դաշտից էլ կարող են ձևավորվել դասական իմաստով բոլոր բևեռացումները՝ գծային, շրջանաձև և էլիպսով։ Վերջիններս բոլորովին էլ պայմանավորված չեն առանձին ֆոտոնների սպինով՝ մեկ ֆոտոնի շրջանաձև բևեռացումով։

Այս առումով հարցեր են առաջանում, թե որևէ կերպ շրջանաձև բևեռացված լույսը ի՞նչ բնույթ ունի՝ մոնոֆոտոնային փո՞ւնջ է բաղկացած միայն, օրինակ, ձախ բևեռացում ունեցող միատեսակ ֆոտոններից, թե՞ բիֆոտոնային փնջի գումա­րա­յին էլեկտրական դաշտի դասական ներկայացմամբ բևեռացումն է՝ x և y առանցք­նե­րով ուղղված բիֆոտոնների հավասար քանակի դեպքում։

Նույնպես հարցեր են առաջանում, թե ինչպես են փոխազդում մոնո– և բի­ֆո­տո­նային շրջանաձև բևեռացված փնջերը օպտիկապես ակտիվ՝ բևեռացման վեկ­տո­րը պտ­տող այնպիսի միջավայրերի հետ, ինչպիսին են կվարցը կամ շաքարի լու­ծույ­թը։

Վերը շարադրվածից անհասկանալի են դառնում նույնիսկ առօրյա, ամե­նա­հա­սա­րակ օպտիկական գործընթացները։ Մասնավորապես, թե ինչպես է գծային բևե­ռացում ունեցող լուսային փնջի փոխուղղահայաց բաղադրիչների միջև ալիքի երկա­րության քառորդով շեղում ապահովող թիթեղը դարձնում փունջը շրջանաձև բևե­ռացված և հակառակը։ Ստացվող շրջանաձև բևեռացումը մոնոֆոտոնայի՞ն է, թե՞ բիֆոտոնային։ Կարո՞ղ է նույնը կատարվել մոնոֆոտո­նային փնջի դեպքում։

Այս ամենը դեռ նորություն է ֆիզիկայում, չուսումնասիրված և շատ դեպքերում լրիվ անհասկանալի։ Դեռևս անելիքներ կան ինչպես տեսական, այնպես փորձա­րա­րա­կան առումով։

Մեկնաբանություններ

Մեկնաբանել

Share Button

Դիտեք նաև՝

Մեկնաբանել

Your email address will not be published. Required fields are marked *