在經(jīng)典電磁波里，光被認(rèn)為有兩種偏振形式：左旋光和右旋光。這取決于電磁波垂直于傳播方向上的的電場分量和磁場分量的相位差。

在量子力學(xué)中，光被視為量子化的光子，光子的自旋是1，是玻色子。

一個顯然的問題，自旋角動量S=1,在任意分量上，比如z，都應(yīng)該有三個選擇，Sz=-1,0,1。也就是光有三個本征態(tài)?？墒墙?jīng)典物理中光只有兩個狀態(tài)。

圖1 左旋光和右旋光（左）和相應(yīng)的角動量大?。ㄖ校┮约半妶霾ê瘮?shù)形式（右），綠色箭頭代表傳播方向

從圖1中，我們可以得到，對于圓偏振光，每個光子攜帶的自旋角動量是, 其中左旋為正，右旋為負(fù) （迎著光傳播的方向上看，這樣規(guī)定只是一種傳統(tǒng))。分別對于Sz=1，Sz=-1的量子態(tài)。所以我們的問題就是：為什么Sz=0態(tài)是不允許存在？

一個解釋就是這跟光子的靜質(zhì)量為0有關(guān)。Sz=0的本征態(tài)用圖1右的表象寫就是（0,0,1), 這個本征態(tài)對應(yīng)一個非傳播的場，因為它對于任何垂直于傳播方向的軸都具有旋轉(zhuǎn)對稱性，可是這種性質(zhì)只能發(fā)生的靜止坐標(biāo)系的零動量態(tài)。如果某個體系的動量非零，那么任意旋轉(zhuǎn)都會改變體系的動量。由于光子無質(zhì)量，以光速傳播， 那么就找不到一個靜止的坐標(biāo)系（否則總能量為0）。也就是說，在真空中的電磁波不允許存在縱波（麥克斯韋方程的結(jié)論）。

在電磁場的量子理論中，光子的自旋角動量是一個可觀測量，它可以寫成：

其中 是傳播方向上的單位矢量，和 是動量k，偏振的產(chǎn)生和湮滅算符。 因此，就可以把描述光子的自旋態(tài)簡化成：

這看上去就跟電子的很像了。然而，它們滿足的統(tǒng)計關(guān)系還是不一樣的。但是，在很多物理問題上，這種玻色子體系的性質(zhì)和費米子體系就有類似性。

我理解的目前就是這個層次，請高手指教。

參考文獻：

[1] https://en./wiki/Spin_angular_momentum_of_light

[2] http://physics./questions/46643/why-is-the-s-z-0-state-forbidden-for-photons