從天體到基本粒子，自旋都是一個(gè)重要的基本物理量。對于基本粒子，攜帶半整數(shù)自旋的粒子（比如電子）是費(fèi)米子，遵循泡利不相容原理；攜帶整數(shù)自旋的粒子（比如光子）是玻色子，遵循玻色-愛因斯坦分布。

　　我們知道，圓偏振光中有旋轉(zhuǎn)偏振現(xiàn)象，所以光子（亦或是光波）存在自旋。那么聲波也有自旋嗎？

身為縱波的聲波，也有自旋嗎？（pixabay）

　　聲波是縱波，所以人們普遍認(rèn)為聲波不具備自旋。但是不久前，來自美國加州大學(xué)伯克利分校、美國佐治亞理工學(xué)院以及中國同濟(jì)大學(xué)的合作研究團(tuán)隊(duì)（石承志教授、趙榮闊博士、龍洋、楊隋博士、汪遠(yuǎn)教授、陳鴻教授、任捷教授以及張翔教授）發(fā)現(xiàn)并通過實(shí)驗(yàn)觀測證明，在特定條件下聲波自旋存在。相關(guān)成果以“Observation of acoustic spin”為題發(fā)表于《國家科學(xué)評論》(National Science Review, NSR)。

　　研究者在相互垂直的聲波干涉場以及聲柵波導(dǎo)中傳播的漸逝波中觀測到了聲波自旋。在垂直相干的聲波中，每束聲波貢獻(xiàn)了局域速度場中的一個(gè)垂直分量，局域速度場矢量即為聲波的偏振。當(dāng)局域速度場的兩個(gè)垂直分量相位相差 90 度時(shí)，該聲波的偏振發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致了聲波的自旋（如圖所示）。更進(jìn)一步，研究者利用這一聲波自旋產(chǎn)生了遙控粒子旋轉(zhuǎn)的力矩。

　　對于漸逝聲波，聲波自旋與波矢自鎖，使得正自旋波只向右傳播，而負(fù)自旋波只向左傳播。此自旋動(dòng)量自鎖效應(yīng)對聲通訊極為重要。

聲波自旋：
(a)相差 90 度相位的局域速度場垂直分量產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)偏振從而導(dǎo)致聲波自旋
(b)兩束垂直相干的聲波中的自旋場

　　在聲波自旋未被發(fā)現(xiàn)時(shí)，許多有趣的物理現(xiàn)象，比如量子自旋霍爾效應(yīng)和自旋動(dòng)量自鎖效應(yīng)等，都很難在聲波中實(shí)現(xiàn)。為了在聲波中實(shí)現(xiàn)這些物理效應(yīng)，人們往往需要付出許多努力以產(chǎn)生聲波贗自旋態(tài)。而此次聲波自旋的突破性發(fā)現(xiàn)將為自旋相關(guān)的基礎(chǔ)聲學(xué)與物理學(xué)研究奠定基礎(chǔ)。

　　該研究由美國海軍研究辦公室 MURI 項(xiàng)目、美國佐治亞理工學(xué)院教授啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)以及中國國家自然科學(xué)基金和國家重點(diǎn)研究項(xiàng)目資助完成。

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　　更多詳情請閱原文：

　　Observation of acoustic spin

　　https://doi.org/10.1093/nsr/nwz059

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的新发现：身为纵波，声波也有自旋 | NSR研究论文的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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