Desde cierto punto de vista, una partícula sin masa de cualquier espín realmente tiene un solo estado de espín. La partícula que mejor ilustra esto es el neutrino, que, irónicamente, no es completamente sin masa, pero casi lo es. Los neutrinos son producidos y consumidos por la interacción débil, que no respeta la simetría de paridad. Por lo tanto, un neutrino de helicidad positiva (con su espín paralelo a su momento) y un neutrino de helicidad negativa (con su espín antiparalelo a su momento), que son imágenes especulares entre sí, no necesitan tener el mismo acoplamiento con la interacción débil. . Así es posible que todos los neutrinos que se hayan observado alguna vez hayan tenido helicidad negativa. Si el neutrino es, como se suponía durante muchos años, realmente sin masa, entonces los neutrinos helicidad positiva y negativa serían realmente partículas diferentes con propiedades muy diferentes, la última producida copiosamente por desintegraciones beta y procesos débiles en el Sol, y la primera casi imposible de producir o detectar en absoluto.
Resulta que los neutrinos tienen una masa pequeña, por lo que si tiene un neutrino de helicidad negativa, es posible impulsarlo en un marco en el que el neutrino parece tener helicidad positiva, al “sobrepasarlo” para que su impulso parezca revertirse. dirección. Para el fotón, esto no es posible, y podemos considerar que los estados de helicidad positiva y negativa del fotón son dos partículas distintas. Por lo general, los clasificamos como la misma partícula, porque la interacción electromagnética respeta la simetría de paridad y los dos estados de helicidad de los fotones se acoplan a la materia de la misma manera. [1]
Con una partícula obviamente masiva como el electrón, es fácil observarla en un estado de espín arbitrario. Si está en reposo, simplemente podemos rotar nuestro marco de referencia. Entonces, para un electrón, [math] \ uparrow [/ math] y [math] \ downarrow [/ math] y todas sus superposiciones son obviamente estados de la misma partícula, mientras que, nuevamente, esto no es así para el fotón. Pero cuando eliges considerar que el fotón es la misma partícula que su imagen especular, entonces terminas con dos estados en lugar de uno. Este es también el caso del gravitón: no tiene cinco (+ 2 / + 1/0 / -1 / -2), no cuatro (+ 2 / + 1 / -1 / -2), sino dos estados de helicidad ( + 2 / -2).
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Si aceptamos los dos estados de helicidad del fotón como partículas diferentes, la pregunta de por qué no hay un estado de helicidad cero es fácil de responder: no hay razón para esperar que haya uno. No podemos invocar ningún principio de simetría para predecir su existencia, a diferencia del caso de las partículas masivas, donde todos los estados de helicidad están relacionados entre sí por simple rotación. No hay razón para creer que tendría propiedades similares a las del fotón, incluso si existiera. [2]
Debido a esta diferencia entre partículas masivas y sin masa, el hecho de que sus “giros” no son realmente de la misma naturaleza, algunos autores, incluido Weinberg, dicen cosas como:
Por el “giro” de una partícula sin masa, generalmente nos referimos al valor absoluto de la helicidad.
Esta cita es de The Quantum Theory of Fields, que debes intentar leer si quieres saber la respuesta “real”, que implica la teoría de grupos. Las partículas masivas y sin masa tienen diferentes “pequeños grupos” relacionados con el hecho de que las partículas masivas pueden existir en reposo mientras que los momentos de las partículas sin masa están obligados a ser vectores nulos, y es por eso que las teorías de su giro difieren.
[1] Tenga en cuenta, sin embargo, que una solución de un compuesto quiral puede absorber preferentemente un estado de polarización circular sobre el otro. Los estados de polarización circular de las ondas de luz son los estados coherentes con grandes cantidades de fotones de una sola helicidad.
[2] De hecho, la invariancia de calibre del electromagnetismo requiere que los fotones polarizados longitudinalmente, que corresponderían al estado cero de helicidad, no interactúen. Es decir, no pueden interactuar con partículas cargadas sin destruir la consistencia de la teoría, por lo que bien podrían no existir en absoluto.
