Trong vật lý lượng tử, khái niệm **spin** thường được liên kết với các hạt có khối lượng. Tuy nhiên, photon, một hạt không khối lượng, cũng được gán cho một giá trị spin. Bài viết này sẽ làm rõ sự khác biệt giữa **spin** và **helicity**, đặc biệt là trong bối cảnh của photon, đồng thời giải thích tại sao chúng ta vẫn thường xuyên nói về **spin của photon** dù nó không có khối lượng. Chúng ta sẽ khám phá định nghĩa chính xác của **spin** và **helicity**, và tại sao sự hiểu biết này lại quan trọng trong vật lý hạt.
Theo cách hiểu truyền thống, **spin** là một thuộc tính nội tại của hạt, tương tự như khối lượng và điện tích. Sidney Coleman, một nhà vật lý lý thuyết nổi tiếng, đã từng nói rằng **spin** chỉ có ý nghĩa đối với các hạt có khối lượng. Lý do là vì chỉ khi hạt có khối lượng, chúng ta mới có thể chuyển sang hệ quy chiếu nghỉ của nó bằng phép biến đổi Lorentz. Trong hệ quy chiếu nghỉ, chúng ta có thể tính toán momen động lượng góc của hạt, và momen động lượng góc này chính là **spin**.
Nói cách khác, để xác định **spin**, chúng ta cần một điểm tham chiếu cố định so với hạt. Điều này không thể thực hiện được đối với các hạt không khối lượng như photon, vì chúng luôn di chuyển với vận tốc ánh sáng và không có hệ quy chiếu nghỉ. Vì vậy, theo định nghĩa chặt chẽ, **spin** không thể được gán cho photon.
Đối với các hạt không khối lượng, chúng ta sử dụng một khái niệm tương tự gọi là **helicity**. **Helicity** là thành phần của momen động lượng góc dọc theo hướng chuyển động của hạt. Vì không cần hệ quy chiếu nghỉ, **helicity** có thể được xác định cho cả hạt có khối lượng và không khối lượng. Đối với photon, **helicity** có giá trị là ±1 (hoặc ±ℏ, nếu tính theo đơn vị Planck). Giá trị +1 tương ứng với photon có **spin** hướng theo chiều chuyển động, và -1 tương ứng với **spin** hướng ngược chiều chuyển động.
Vậy, khi chúng ta nói về **spin của photon** là ±1, thực chất chúng ta đang đề cập đến **helicity** của nó. Trong nhiều trường hợp, thuật ngữ "**spin**" được sử dụng một cách không chính thức để chỉ **helicity**, và ý nghĩa chính xác thường được hiểu ngầm từ ngữ cảnh.
Việc sử dụng thuật ngữ "**spin của photon**" mặc dù không hoàn toàn chính xác về mặt kỹ thuật, vẫn được chấp nhận rộng rãi vì một số lý do:
Tuy nhiên, điều quan trọng là phải hiểu rõ sự khác biệt giữa **spin** và **helicity**, đặc biệt là khi nghiên cứu sâu hơn về vật lý hạt và lý thuyết trường lượng tử.
Hiểu rõ về **spin** và **helicity** không chỉ là vấn đề lý thuyết. Chúng có những ứng dụng quan trọng trong nhiều lĩnh vực của vật lý:
Ví dụ, trong thí nghiệm khe Young, sự phân cực của photon (liên quan đến **helicity**) có thể ảnh hưởng đến hình ảnh giao thoa thu được.
Mặc dù thuật ngữ "**spin của photon**" thường được sử dụng, điều quan trọng là phải hiểu rằng đối với các hạt không khối lượng như photon, khái niệm **helicity** mới là chính xác hơn. **Helicity** là thành phần của momen động lượng góc dọc theo hướng chuyển động và có giá trị ±1 cho photon. Hiểu rõ sự khác biệt giữa **spin** và **helicity** là rất quan trọng để nắm bắt các khái niệm nâng cao hơn trong vật lý lượng tử và ứng dụng của chúng.
Bài viết liên quan