कोणीय संवेग संचालक

क्वांटम यांत्रिकी में, कोणीय संवेग संचालक शास्त्रीय कोणीय संवेग के अनुरूप कई संबंधित संचालक (भौतिकी) में से एक है। कोणीय गति ऑपरेटर परमाणु और आणविक भौतिकी के सिद्धांत और घूर्णी समरूपता से जुड़ी अन्य क्वांटम समस्याओं में एक केंद्रीय भूमिका निभाता है। इस तरह के एक ऑपरेटर को एक प्रणाली की भौतिक स्थिति के गणितीय प्रतिनिधित्व के लिए लागू किया जाता है और अगर राज्य के लिए एक निश्चित मूल्य है तो एक कोणीय गति मान उत्पन्न करता है। शास्त्रीय और क्वांटम यांत्रिक प्रणालियों दोनों में, कोणीय गति (रैखिक गति और ऊर्जा के साथ) गति के तीन मूलभूत गुणों में से एक है। कई कोणीय संवेग संचालक हैं: कुल कोणीय संवेग (आमतौर पर J को चिह्नित किया जाता है), कक्षीय कोणीय संवेग (आमतौर पर L को निरूपित किया जाता है), और स्पिन कोणीय गति (लघु के लिए स्पिन, आमतौर पर S को दर्शाया जाता है)। 'कोणीय संवेग संचालक' शब्द (भ्रामक रूप से) कुल या कक्षीय कोणीय संवेग को संदर्भित कर सकता है। कुल कोणीय संवेग हमेशा कोणीय संवेग का संरक्षण होता है, नोएदर का प्रमेय देखें।

सिंहावलोकन
क्वांटम यांत्रिकी में, कोणीय गति तीन अलग-अलग, लेकिन संबंधित चीजों में से एक को संदर्भित कर सकती है।

कक्षीय कोणीय संवेग
कोणीय संवेग है $$\mathbf{L} = \mathbf{r} \times \mathbf{p}$$. इन वस्तुओं के क्वांटम-मैकेनिकल समकक्ष समान संबंध साझा करते हैं: $$\mathbf{L} = \mathbf{r} \times \mathbf{p}$$ जहां r क्वांटम स्थिति ऑपरेटर है, p क्वांटम पल ऑपरेटर है, × पार उत्पाद  है, और L ऑर्बिटल एंगुलर मोमेंटम ऑपरेटर है। एल (पी और आर की तरह) एक 'वेक्टर ऑपरेटर' है (एक वेक्टर जिसके घटक ऑपरेटर हैं), यानी। $$\mathbf{L} = \left(L_x, L_y, L_z\right)$$ जहां एलx, एलy, एलz तीन अलग-अलग क्वांटम-मैकेनिकल ऑपरेटर हैं।

बिना विद्युत आवेश और बिना स्पिन (भौतिकी) वाले एकल कण के विशेष मामले में, कक्षीय कोणीय संवेग ऑपरेटर को स्थिति के आधार पर लिखा जा सकता है:$$\mathbf{L} = -i\hbar(\mathbf{r} \times \nabla)$$ कहाँ $∇$ वेक्टर डिफरेंशियल ऑपरेटर है, की ।

स्पिन कोणीय गति
एक अन्य प्रकार का कोणीय गति है, जिसे स्पिन (भौतिकी) कहा जाता है (अधिक बार स्पिन करने के लिए छोटा), स्पिन ऑपरेटर द्वारा दर्शाया गया $$\mathbf{S} = \left(S_x, S_y, S_z\right)$$. स्पिन को अक्सर एक कण के रूप में चित्रित किया जाता है जो वास्तव में एक धुरी के चारों ओर घूमता है, लेकिन यह केवल एक रूपक है: स्पिन एक कण की एक आंतरिक संपत्ति है, जो अंतरिक्ष में किसी भी प्रकार (अभी तक प्रयोगात्मक रूप से देखने योग्य) गति से संबंधित नहीं है। सभी प्राथमिक कणों में एक विशिष्ट चक्रण होता है, जो आमतौर पर शून्य नहीं होता है। उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉनों में हमेशा स्पिन 1/2 होता है जबकि फोटॉन में हमेशा स्पिन 1 होता है (विवरण #क्वांटिज़ेशन)।

कुल कोणीय संवेग
अंत में, कुल कोणीय गति होती है $$\mathbf{J} = \left(J_x, J_y, J_z\right)$$, जो एक कण या प्रणाली के स्पिन और कक्षीय कोणीय गति दोनों को जोड़ती है: $$\mathbf{J} = \mathbf{L} + \mathbf{S}.$$ कोणीय गति के संरक्षण में कहा गया है कि J एक बंद प्रणाली के लिए, या J पूरे ब्रह्मांड के लिए संरक्षित है। हालांकि, एल और एस आम तौर पर संरक्षित नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, स्पिन-ऑर्बिट इंटरैक्शन कोणीय गति को L और S के बीच आगे और पीछे स्थानांतरित करने की अनुमति देता है, कुल J शेष स्थिर रहता है।

घटकों के बीच रूपांतरण संबंध
कक्षीय कोणीय गति ऑपरेटर एक वेक्टर ऑपरेटर है, जिसका अर्थ है कि इसे इसके वेक्टर घटकों के संदर्भ में लिखा जा सकता है $$\mathbf{L} = \left(L_x, L_y, L_z\right)$$. घटकों के एक दूसरे के साथ निम्नलिखित रूपान्तरण संबंध हैं: $$\left[L_x, L_y\right] = i\hbar L_z, \;\; \left[L_y, L_z\right] = i\hbar L_x, \;\; \left[L_z, L_x\right] = i\hbar L_y,$$ कहाँ $[, ]$ कम्यूटेटर (रिंग थ्योरी) को दर्शाता है $$[X, Y] \equiv XY - YX.$$ इसे सामान्यत: इस प्रकार लिखा जा सकता है $$\left[L_l, L_m\right] = i \hbar \sum_{n=1}^{3} \varepsilon_{lmn} L_n,$$ जहाँ l, m, n घटक सूचकांक हैं (x के लिए 1, y के लिए 2, z के लिए 3), और $ε_{lmn}$ लेवी-सिविता प्रतीक को दर्शाता है।

एक सदिश समीकरण के रूप में एक सघन व्यंजक भी संभव है: $$\mathbf{L} \times \mathbf{L} = i\hbar \mathbf{L}$$ रूपान्तरण संबंधों को विहित रूपान्तरण संबंधों के प्रत्यक्ष परिणाम के रूप में सिद्ध किया जा सकता है $$[x_l,p_m] = i \hbar \delta_{lm}$$, कहाँ $δ_{lm}$ क्रोनकर डेल्टा है।

शास्त्रीय भौतिकी में एक समान संबंध है: $$\left\{L_i, L_j\right\} = \varepsilon_{ijk} L_k$$ जहां एलn क्लासिकल एंगुलर मोमेंटम ऑपरेटर का एक घटक है, और $$\{ ,\}$$ पॉइसन ब्रैकेट है।

अन्य कोणीय गति ऑपरेटरों (स्पिन और कुल कोणीय गति) के लिए समान परिवर्तन संबंध लागू होते हैं: $$\left[S_l, S_m\right] = i \hbar \sum_{n=1}^{3} \varepsilon_{lmn} S_n, \quad \left[J_l, J_m\right] = i \hbar \sum_{n=1}^{3} \varepsilon_{lmn} J_n.$$ इन्हें 'L' के अनुरूप माना जा सकता है। वैकल्पिक रूप से, उन्हें चर्चा के रूप में प्राप्त किया जा सकता है #कम्यूटेशन संबंधों के लिए कनेक्शन।

इन रूपान्तरण संबंधों का अर्थ है कि 'एल' में झूठ बीजगणित की गणितीय संरचना है, और $ε_{lmn}$ इसकी संरचना स्थिरांक हैं। इस मामले में, लाई बीजगणित है SU(2)#Lie algebra|SU(2) या SO(3)#Lie algebra|SO(3) फिजिक्स नोटेशन में ($$\operatorname{su}(2)$$ या $$\operatorname{so}(3)$$ क्रमशः गणित संकेतन में), यानी तीन आयामों में घूर्णन से जुड़े बीजगणित। जे और एस के बारे में भी यही सच है। कारण #कोणीय गति को घूर्णन के जनरेटर के रूप में चर्चा की जाती है। ये रूपांतरण संबंध माप और अनिश्चितता के लिए प्रासंगिक हैं, जैसा कि नीचे चर्चा की गई है।

अणुओं में कुल कोणीय संवेग F, रोविब्रॉनिक (कक्षीय) कोणीय संवेग N, इलेक्ट्रॉन प्रचक्रण कोणीय संवेग S, और नाभिकीय प्रचक्रण कोणीय संवेग I का योग होता है। इलेक्ट्रॉनिक एकल अवस्थाओं के लिए रोविब्रॉनिक कोणीय संवेग को N के बजाय J दर्शाया जाता है। जैसा कि वैन व्लेक द्वारा समझाया गया है, आणविक रोविब्रॉनिक कोणीय संवेग के घटकों को अणु-स्थिर कुल्हाड़ियों के रूप में संदर्भित किया जाता है, जो ऊपर दिए गए उन लोगों से अलग-अलग रूपांतरण संबंध हैं जो अंतरिक्ष-स्थिर कुल्हाड़ियों के घटकों के लिए हैं।

रूपान्तरण संबंध जिसमें सदिश परिमाण शामिल है
किसी भी सदिश की तरह, यूक्लिडियन मानदंड के वर्ग को कक्षीय कोणीय संवेग संचालक के लिए परिभाषित किया जा सकता है, $$L^2 \equiv L_x^2 + L_y^2 + L_z^2.$$

$$L^2$$ एक अन्य क्वांटम ऑपरेटर (गणित) है। यह के घटकों के साथ संचार करता है $$\mathbf{L}$$, $$\left[L^2, L_x\right] = \left[L^2, L_y\right] = \left[L^2, L_z\right] = 0 .$$ यह साबित करने का एक तरीका है कि ये ऑपरेटर कम्यूट करते हैं [Lℓ, एलm] पिछले खंड में रूपान्तरण संबंध:

$$

गणितीय रूप से, $$L^2$$ लाई बीजगणित SO(3) द्वारा फैलाए गए कासिमिर अपरिवर्तनीय है $$\mathbf{L}$$.

ऊपर के रूप में, शास्त्रीय भौतिकी में एक समान संबंध है: $$\left\{L^2, L_x\right\} = \left\{L^2, L_y\right\} = \left\{L^2, L_z\right\} = 0$$ कहाँ $$L_i$$ क्लासिकल एंगुलर मोमेंटम ऑपरेटर का एक घटक है, और $$\{ ,\}$$ पोइसन ब्रैकेट है। क्वांटम मामले में लौटते हुए, समान परिवर्तन संबंध अन्य कोणीय गति ऑपरेटरों (स्पिन और कुल कोणीय गति) पर भी लागू होते हैं, साथ ही, $$\begin{align} \left[ S^2, S_i \right] &= 0, \\ \left[ J^2, J_i \right] &= 0. \end{align}$$

अनिश्चितता सिद्धांत
सामान्य तौर पर, क्वांटम यांत्रिकी में, जब दो अवलोकन योग्य नहीं होते हैं, तो उन्हें पूरकता (भौतिकी) कहा जाता है। दो पूरक वेधशालाओं को एक साथ नहीं मापा जा सकता है; इसके बजाय वे एक अनिश्चितता सिद्धांत को पूरा करते हैं। एक अवलोकन योग्य जितना अधिक सटीक रूप से जाना जाता है, उतना ही कम सटीक रूप से दूसरे को जाना जा सकता है। जिस प्रकार स्थिति और संवेग के संबंध में एक अनिश्चितता सिद्धांत है, उसी प्रकार कोणीय संवेग के लिए अनिश्चितता सिद्धांत हैं।

अनिश्चितता सिद्धांत | रॉबर्टसन-श्रोडिंगर संबंध निम्नलिखित अनिश्चितता सिद्धांत देता है: $$\sigma_{L_x} \sigma_{L_y} \geq \frac{\hbar}{2} \left| \langle L_z \rangle \right|.$$ कहाँ $$\sigma_X$$ एक्स और के मापा मूल्यों में मानक विचलन है $$\langle X \rangle$$ एक्स के एक्सपेक्टेशन वैल्यू (क्वांटम मैकेनिक्स) को दर्शाता है। यह असमानता तब भी सही होती है जब x, y, z को पुनर्व्यवस्थित किया जाता है, या यदि L को J या S से बदल दिया जाता है।

इसलिए, कोणीय संवेग के दो लंबकोणीय घटक (उदाहरण के लिए Lx और मैंy) पूरक हैं और विशेष मामलों को छोड़कर, एक साथ ज्ञात या मापा नहीं जा सकता है $$L_x = L_y = L_z = 0$$.

हालांकि, एल को एक साथ मापना या निर्दिष्ट करना संभव है2 और L का कोई एक घटक; उदाहरण के लिए, एल2 और एलz. यह अक्सर उपयोगी होता है, और मानों को अज़ीमुथल क्वांटम संख्या (एल) और चुंबकीय क्वांटम संख्या (एम) द्वारा चित्रित किया जाता है। इस मामले में सिस्टम की क्वांटम स्थिति ऑपरेटरों एल के साथ-साथ स्वदेशी है2 और एलz, लेकिन एल का नहींx या एलy. eigenvalues ​​​​एल और एम से संबंधित हैं, जैसा कि नीचे दी गई तालिका में दिखाया गया है।

परिमाणीकरण
क्वांटम यांत्रिकी में, कोणीय गति को परिमाणित किया जाता है - अर्थात, यह लगातार भिन्न नहीं हो सकता है, लेकिन केवल कुछ अनुमत मानों के बीच क्वांटम छलांग में होता है। किसी भी प्रणाली के लिए, माप परिणामों पर निम्नलिखित प्रतिबंध लागू होते हैं, जहाँ $$\hbar$$ कम हो जाता है प्लैंक स्थिरांक:

सीढ़ी ऑपरेटरों का उपयोग करके व्युत्पत्ति
उपरोक्त परिमाणीकरण नियमों को प्राप्त करने का एक सामान्य तरीका सीढ़ी संचालकों की विधि है। कुल कोणीय संवेग के लिए लैडर ऑपरेटर्स $$\mathbf{J} = \left(J_x, J_y, J_z\right)$$ के रूप में परिभाषित किया गया है: $$\begin{align} J_+ &\equiv J_x + i J_y, \\ J_- &\equiv J_x - i J_y \end{align}$$ कल्पना करना $$|\psi\rangle$$ का युगपत आइजेनस्टेट है $$J^2$$ और $$J_z$$ (अर्थात, एक निश्चित मान वाला राज्य $$J^2$$ और के लिए एक निश्चित मूल्य $$J_z$$). फिर के घटकों के लिए रूपान्तरण संबंधों का उपयोग करना $$\mathbf{J}$$, कोई यह साबित कर सकता है कि प्रत्येक राज्य $$J_+ |\psi\rangle$$ और $$J_-|\psi\rangle$$ या तो शून्य है या एक युगपत स्वदेशी है $$J^2$$ और $$J_z$$, के समान मान के साथ $$|\psi\rangle$$ के लिए $$J^2$$ लेकिन के लिए मूल्यों के साथ $$J_z$$ जिसे बढ़ाया या घटाया जाता है $$\hbar$$ क्रमश। परिणाम शून्य है जब एक सीढ़ी ऑपरेटर का उपयोग अन्यथा के लिए एक मूल्य के साथ एक राज्य में परिणाम देगा $$J_z$$ जो स्वीकार्य सीमा से बाहर है। इस तरह से लैडर ऑपरेटर्स का उपयोग करके, संभावित मान और क्वांटम संख्याएँ $$J^2$$ और $$J_z$$ पाया जा सकता है।

तब से $$\mathbf{S}$$ और $$\mathbf{L}$$ के रूप में समान रूपांतरण संबंध हैं $$\mathbf{J}$$, उनके लिए समान सीढ़ी विश्लेषण लागू किया जा सकता है, इसके अलावा $$\mathbf{L}$$ क्वांटम संख्याओं पर एक और प्रतिबंध है कि वे पूर्णांक होने चाहिए।

दृश्य व्याख्या


चूँकि कोणीय संवेग क्वांटम संचालक होते हैं, उन्हें शास्त्रीय यांत्रिकी की तरह वैक्टर के रूप में नहीं खींचा जा सकता है। फिर भी, उन्हें इस तरह से ह्यूरिस्टिक रूप से चित्रित करना आम है। दाईं ओर दर्शाया गया क्वांटम संख्या वाले राज्यों का एक समूह है $$\ell = 2$$, और $$m_\ell = -2, -1, 0, 1, 2$$ नीचे से ऊपर तक पाँच शंकुओं के लिए। तब से $$|L| = \sqrt{L^2} = \hbar \sqrt{6}$$, वैक्टर सभी लंबाई के साथ दिखाए जाते हैं $$\hbar \sqrt{6}$$. अंगूठियां इस तथ्य का प्रतिनिधित्व करती हैं कि $$L_z$$ निश्चित रूप से जाना जाता है, लेकिन $$L_x$$ और $$L_y$$ अज्ञात हैं; इसलिए उपयुक्त लंबाई और z-घटक के साथ प्रत्येक क्लासिकल सदिश को एक शंकु बनाते हुए खींचा जाता है। द्वारा विशेषता क्वांटम राज्य में सिस्टम के दिए गए पहनावा के लिए कोणीय गति का अपेक्षित मूल्य $$ \ell$$ और $$m_\ell$$ इस शंकु पर कहीं हो सकता है, जबकि इसे एक प्रणाली के लिए परिभाषित नहीं किया जा सकता है (के घटकों के बाद से $$L$$ एक दूसरे के साथ यात्रा न करें)।

मैक्रोस्कोपिक सिस्टम में परिमाणीकरण
मैक्रोस्कोपिक सिस्टम के लिए भी परिमाणीकरण नियमों को व्यापक रूप से सही माना जाता है, जैसे कताई टायर के कोणीय गति एल। हालाँकि उनका कोई अवलोकनीय प्रभाव नहीं है इसलिए इसका परीक्षण नहीं किया गया है। उदाहरण के लिए, अगर $$L_z/\hbar$$ मोटे तौर पर 100000000 है, इससे अनिवार्य रूप से कोई फर्क नहीं पड़ता है कि क्या सटीक मान 100000000 या 100000001 जैसा पूर्णांक है, या 100000000.2 जैसा गैर-पूर्णांक है—असतत चरण वर्तमान में मापने के लिए बहुत छोटे हैं।

घूर्णन के जनरेटर के रूप में कोणीय गति
कोणीय गति की सबसे सामान्य और मौलिक परिभाषा घूर्णन के जनरेटर के रूप में है। अधिक विशेष रूप से, चलो $$R(\hat{n},\phi)$$ एक रोटेशन ऑपरेटर (क्वांटम यांत्रिकी) बनें, जो धुरी के बारे में किसी क्वांटम राज्य को घुमाता है $$\hat{n}$$ कोण से $$\phi$$. जैसा $$\phi\rightarrow 0$$, परिचालक $$R(\hat{n},\phi)$$ पहचान ऑपरेटर से संपर्क करता है, क्योंकि 0° का रोटेशन सभी राज्यों को अपने आप में मैप करता है। फिर कोणीय गति ऑपरेटर $$J_{\hat{n}}$$ अक्ष के बारे में $$\hat{n}$$ परिभाषित किया जाता है: $$J_\hat{n} \equiv i\hbar \lim_{\phi \rightarrow 0} \frac{R\left(\hat{n}, \phi\right) - 1}{\phi} = \left. i\hbar \frac{\partial R\left(\hat{n}, \phi\right)}{\partial\phi} \right|_{\phi = 0}$$ जहां 1 पहचान ऑपरेटर है। यह भी ध्यान दें कि R एक योज्य आकारिकी है: $$R\left(\hat{n}, \phi_1 + \phi_2\right) = R\left(\hat{n}, \phi_1\right)R\left(\hat{n}, \phi_2\right)$$ ; एक परिणाम के रूप में $$R\left(\hat{n}, \phi\right) = \exp\left(-\frac{i \phi J_\hat{n}}{\hbar}\right)$$ जहां ऍक्स्प मैट्रिक्स घातीय  है।

सरल शब्दों में, टोटल एंगुलर मोमेंटम ऑपरेटर यह दर्शाता है कि जब क्वांटम सिस्टम को घुमाया जाता है तो उसे कैसे बदला जाता है। कोणीय गति ऑपरेटरों और रोटेशन ऑपरेटरों के बीच संबंध वही है जो गणित में लाई बीजगणित और लाई समूहों के बीच संबंध है, जैसा कि नीचे चर्चा की गई है।

[[File:RotationOperators.svg|thumb|300px|विभिन्न प्रकार के रोटेशन ऑपरेटर (क्वांटम यांत्रिकी)। शीर्ष बॉक्स दो कणों को दिखाता है, जिसमें स्पिन राज्यों को तीरों द्वारा योजनाबद्ध रूप से दर्शाया गया है। 1. The operator R, related to J, rotates the entire system.

2. The operator Rspatial, related to L, rotates the particle positions without altering their internal spin states.

3. The operator Rinternal, related to S, rotates the particles' internal spin states without changing their positions.]]जैसे जे रोटेशन ऑपरेटर (क्वांटम यांत्रिकी) के लिए जनरेटर है, एल और एस संशोधित आंशिक रोटेशन ऑपरेटरों के लिए जनरेटर हैं। परिचालक $$R_\text{spatial}\left(\hat{n}, \phi\right) = \exp\left(-\frac{i \phi L_\hat{n}}{\hbar}\right),$$ किसी भी कण की आंतरिक (स्पिन) स्थिति को घुमाए बिना, सभी कणों और क्षेत्रों की स्थिति (अंतरिक्ष में) को घुमाता है। इसी प्रकार संचालिका $$R_\text{internal}\left(\hat{n}, \phi\right) = \exp\left(-\frac{i \phi S_\hat{n}}{\hbar}\right),$$ अंतरिक्ष में किसी भी कण या क्षेत्र को स्थानांतरित किए बिना, सभी कणों की आंतरिक (स्पिन) स्थिति को घुमाता है। संबंध J = L + S से आता है: $$R\left(\hat{n}, \phi\right) = R_\text{internal}\left(\hat{n}, \phi\right) R_\text{spatial}\left(\hat{n}, \phi\right)$$ यानी यदि पदों को घुमाया जाता है, और फिर आंतरिक राज्यों को घुमाया जाता है, तो कुल मिलाकर पूरा सिस्टम घूम गया है।

एसयू(2), एसओ(3), और 360 डिग्री रोटेशन
हालांकि कोई उम्मीद कर सकता है $$R\left(\hat{n}, 360^\circ\right) = 1$$ (360° का घूर्णन पहचान संचालक है), यह क्वांटम यांत्रिकी में नहीं माना जाता है, और यह पता चला है कि यह अक्सर सच नहीं होता है: जब कुल कोणीय गति क्वांटम संख्या एक आधा पूर्णांक (1/2, 3/2), वगैरह।), $$R\left(\hat{n}, 360^\circ\right) = -1$$, और जब यह एक पूर्णांक है, $$R\left(\hat{n}, 360^\circ\right) = +1$$. गणितीय रूप से, ब्रह्मांड में घूर्णन की संरचना SO(3) नहीं है, शास्त्रीय यांत्रिकी में त्रि-आयामी घुमावों का झूठा समूह। इसके बजाय, यह SU(2) है, जो छोटे घुमावों के लिए SO(3) के समान है, लेकिन जहां 360° घुमाव को गणितीय रूप से 0° के घूर्णन से अलग किया जाता है। (हालांकि, 720° का घूर्णन 0° के घूर्णन के समान है।)

वहीं दूसरी ओर, $$R_\text{spatial}\left(\hat{n}, 360^\circ\right) = +1$$ सभी परिस्थितियों में, क्योंकि स्थानिक विन्यास का 360° घूर्णन बिल्कुल भी घूर्णन न करने के समान है। (यह कण की आंतरिक (स्पिन) स्थिति के 360° घूर्णन से भिन्न है, जो बिल्कुल भी घूर्णन न होने के समान हो भी सकता है और नहीं भी।) दूसरे शब्दों में, $$R_\text{spatial}$$ ऑपरेटर SO(3) की संरचना को ले जाते हैं, जबकि $$R$$ और $$R_\text{internal}$$ एसयू (2) की संरचना ले।

समीकरण से $$+1 = R_\text{spatial}\left(\hat{z}, 360^\circ\right) = \exp\left(-2\pi i L_z / \hbar\right)$$, एक ईजेनस्टेट चुनता है $$L_z |\psi\rangle = m\hbar |\psi\rangle$$ और खींचता है $$e^{-2\pi i m} = 1$$ जिसका कहना है कि कक्षीय कोणीय गति क्वांटम संख्या केवल पूर्णांक हो सकती है, अर्ध-पूर्णांक नहीं।

प्रतिनिधित्व सिद्धांत से संबंध
एक निश्चित क्वांटम अवस्था से शुरू $$|\psi_0\rangle$$, राज्यों के सेट पर विचार करें $$R\left(\hat{n}, \phi\right) \left|\psi_0\right\rangle$$ हर संभव के लिए $$\hat{n}$$ और $$\phi$$, यानी हर संभव तरीके से शुरुआती अवस्था को घुमाने से आने वाले राज्यों का समूह। उस सेट की रैखिक अवधि एक सदिश स्थान है, और इसलिए जिस तरह से रोटेशन ऑपरेटर एक राज्य को दूसरे पर मैप करते हैं, वह रोटेशन ऑपरेटरों के समूह का एक समूह प्रतिनिधित्व है।
 * जब रोटेशन ऑपरेटर क्वांटम राज्यों पर कार्य करते हैं, तो यह लाइ समूह एसयू (2) (आर और आर के लिए) का समूह प्रतिनिधित्व करता हैinternal), या एसओ (3) (आर के लिएspatial).

'जे' और रोटेशन ऑपरेटरों के बीच संबंध से,
 * जब कोणीय संवेग संचालक क्वांटम अवस्थाओं पर कार्य करते हैं, तो यह लाई बीजगणित का एक समूह प्रतिनिधित्व बनाता है $$\mathfrak{su}(2)$$ या $$\mathfrak{so}(3)$$.

(SU(2) और SO(3) का झूठ बीजगणित समान हैं।)

उपरोक्त लैडर ऑपरेटर व्युत्पत्ति लाई बीजगणित SU(2) के अभ्यावेदन को वर्गीकृत करने की एक विधि है।

रूपान्तरण संबंधों से कनेक्शन
शास्त्रीय घुमाव एक दूसरे के साथ नहीं चलते हैं: उदाहरण के लिए, एक्स-अक्ष के बारे में 1° फिर y-अक्ष के बारे में 1° घुमाने से y-अक्ष के बारे में 1° फिर x-अक्ष के बारे में 1° घूमने की तुलना में थोड़ा अलग समग्र घुमाव मिलता है। एक्सिस। इस गैर-अनुक्रमणीयता का ध्यानपूर्वक विश्लेषण करके, कोणीय संवेग संचालकों के रूपान्तरण संबंध प्राप्त किए जा सकते हैं।

(यह वही गणनात्मक प्रक्रिया गणितीय प्रश्न का उत्तर देने का एक तरीका है झूठ समूह SO(3) या SU(2)? का झूठ बीजगणित क्या है?)

कोणीय गति का संरक्षण
हैमिल्टनियन (क्वांटम यांत्रिकी) एच सिस्टम की ऊर्जा और गतिशीलता का प्रतिनिधित्व करता है। गोलाकार रूप से सममित स्थिति में, हैमिल्टनियन घूर्णन के तहत अपरिवर्तनीय है: $$RHR^{-1} = H$$ जहाँ R एक रोटेशन ऑपरेटर (क्वांटम यांत्रिकी) है। एक परिणाम के रूप में, $$[H, R] = 0$$, और तब $$[H,\mathbf{J}]=\mathbf 0$$ J और R के बीच संबंध के कारण। Ehrenfest प्रमेय द्वारा, यह इस प्रकार है कि J संरक्षित है।

संक्षेप में, यदि H घूर्णी-अपरिवर्तनीय (गोलाकार सममित) है, तो कुल कोणीय गति J संरक्षित है। यह नोएदर के प्रमेय का एक उदाहरण है।

यदि H एक कण के लिए सिर्फ हैमिल्टनियन है, तो उस एक कण का कुल कोणीय संवेग तब संरक्षित होता है जब कण एक केंद्रीय क्षमता में होता है (अर्थात, जब संभावित ऊर्जा कार्य केवल पर निर्भर करता है) $$\left|\mathbf{r}\right|$$). वैकल्पिक रूप से, एच ​​ब्रह्मांड में सभी कणों और क्षेत्रों का हैमिल्टनियन हो सकता है, और फिर एच हमेशा घूर्णनशील-अपरिवर्तनीय होता है, क्योंकि ब्रह्मांड के भौतिकी के मौलिक नियम अभिविन्यास के बावजूद समान होते हैं। यह कहने का आधार है कि कोणीय संवेग का संरक्षण भौतिकी का एक सामान्य सिद्धांत है।

स्पिन के बिना एक कण के लिए, 'J' = 'L', इसलिए समान परिस्थितियों में कक्षीय कोणीय संवेग संरक्षित रहता है। जब स्पिन शून्य नहीं होता है, तो स्पिन-ऑर्बिट इंटरैक्शन कोणीय गति को 'एल' से 'एस' या वापस स्थानांतरित करने की अनुमति देता है। इसलिए, 'एल' अपने आप में संरक्षित नहीं है।

कोणीय गति युग्मन
अक्सर, दो या दो से अधिक प्रकार के कोणीय संवेग एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, ताकि कोणीय संवेग एक से दूसरे में स्थानांतरित हो सके। उदाहरण के लिए, स्पिन-कक्षा युग्मन में, कोणीय गति एल और एस के बीच स्थानांतरित हो सकती है, लेकिन केवल कुल जे = एल + एस संरक्षित है। दूसरे उदाहरण में, दो इलेक्ट्रॉनों वाले एक परमाणु में, प्रत्येक का अपना कोणीय संवेग J होता है1 और जे2, लेकिन केवल कुल J = J1 + जे2 संरक्षित है।

इन स्थितियों में, एक ओर, जहां राज्यों के बीच के संबंध को जानना अक्सर उपयोगी होता है $$\left(J_1\right)_z, \left(J_1\right)^2, \left(J_2\right)_z, \left(J_2\right)^2$$ सभी के निश्चित मूल्य हैं, और दूसरी ओर, कहां है $$\left(J_1\right)^2, \left(J_2\right)^2, J^2, J_z$$ सभी के निश्चित मूल्य हैं, क्योंकि बाद के चार आमतौर पर संरक्षित (गति के स्थिरांक) हैं। इन आधारों (रैखिक बीजगणित) के बीच आगे और पीछे जाने की प्रक्रिया क्लेब्स-गॉर्डन गुणांक का उपयोग करना है।

इस क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण परिणाम यह है कि क्वांटम संख्याओं के बीच संबंध $$\left(J_1\right)^2, \left(J_2\right)^2, J^2$$: $$j \in \left\{ \left|j_1 - j_2\right|, \left(\left|j_1 - j_2\right| + 1\right), \ldots, \left(j_1 + j_2\right) \right\} .$$ जे = एल + एस के साथ एक परमाणु या अणु के लिए, शब्द प्रतीक ऑपरेटरों से जुड़े क्वांटम नंबर देता है $$L^2, S^2, J^2$$.

गोलाकार निर्देशांक में कक्षीय कोणीय गति
गोलाकार निर्देशांक में गोलाकार समरूपता के साथ समस्या को हल करते समय कोणीय गति ऑपरेटर आमतौर पर होते हैं। स्थानिक प्रतिनिधित्व में कोणीय गति है $$\begin{align} \mathbf L &= i \hbar \left(\frac{\hat{\boldsymbol{\theta}}}{\sin(\theta)} \frac{\partial}{\partial\phi} - \hat{\boldsymbol{\phi}} \frac{\partial}{\partial\theta}\right) \\ &= i\hbar\left(                \hat{\mathbf{x}} \left(\sin(\phi) \frac{\partial}{\partial\theta} + \cot(\theta)\cos(\phi) \frac{\partial}{\partial\phi} \right)                + \hat{\mathbf{y}} \left(-\cos(\phi)\frac{\partial}{\partial\theta} + \cot(\theta)\sin(\phi) \frac{\partial}{\partial\phi}\right)                 - \hat{\mathbf z} \frac{\partial}{\partial\phi}               \right) \\ L_+ &= \hbar e^{i\phi} \left( \frac{\partial}{\partial\theta} + i\cot(\theta) \frac{\partial}{\partial\phi} \right), \\ L_- &= \hbar e^{-i\phi} \left( -\frac{\partial}{\partial \theta} + i\cot(\theta) \frac{\partial}{\partial\phi} \right), \\ L^2 &= -\hbar^2 \left(\frac{1}{\sin(\theta)} \frac{\partial}{\partial\theta} \left(\sin(\theta) \frac{\partial}{\partial\theta}\right) + \frac{1}{\sin^2(\theta)}\frac{\partial^2}{\partial\phi^2}\right), \\ L_z &= -i \hbar \frac{\partial}{\partial\phi}. \end{align} $$ गोलाकार निर्देशांक में लाप्लास संकारक के कोणीय भाग को कोणीय संवेग द्वारा व्यक्त किया जा सकता है। यह संबंध की ओर जाता है $$\Delta = \frac{1}{r^2} \frac{\partial}{\partial r} \left(r^2\, \frac{\partial}{\partial r}\right) - \frac{L^2}{\hbar^{2} r^2}.$$ विग्नर डी-मैट्रिक्स खोजने के लिए हल करते समय # विग्नर डी-मैट्रिक्स की परिभाषा $$ L^{2} $$, हम निम्नलिखित प्राप्त करते हैं $$\begin{align} L^2 | l, m \rangle &= \hbar^2 l(l + 1) | l, m \rangle \\ L_z | l, m \rangle &= \hbar m | l, m \rangle \end{align}$$ कहाँ $$\left\langle \theta, \phi | l, m \right\rangle = Y_{l,m}(\theta, \phi)$$ गोलाकार हार्मोनिक्स हैं।

यह भी देखें

 * रन्ज-लेनज़ वेक्टर (कक्षा में निकायों के आकार और अभिविन्यास का वर्णन करने के लिए प्रयुक्त)
 * होल्स्टीन-प्राइमाकॉफ़ परिवर्तन
 * जॉर्डन मानचित्र (कोणीय संवेग का जूलियन श्विंगर का बोसोनिक मॉडल )
 * परमाणु का वेक्टर मॉडल
 * पाउली-लुबांस्की स्यूडोवेक्टर
 * कोणीय संवेग आरेख (क्वांटम यांत्रिकी)
 * गोलाकार आधार
 * टेंसर ऑपरेटर
 * कक्षीय चुंबकीयकरण
 * मुक्त इलेक्ट्रॉनों की कक्षीय कोणीय गति
 * प्रकाश की कक्षीय कोणीय गति

अग्रिम पठन

 * Quantum Mechanics Demystified, D. McMahon, Mc Graw Hill (USA), 2006, ISBN 0-07-145546 9
 * Quantum mechanics, E. Zaarur, Y. Peleg, R. Pnini, Schaum's Easy Outlines Crash Course, Mc Graw Hill (USA), 2006, ISBN 007-145533-7 ISBN 978-007-145533-6
 * Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles (2nd Edition), R. Eisberg, R. Resnick, John Wiley & Sons, 1985, ISBN 978-0-471-87373-0
 * Quantum Mechanics, E. Abers, Pearson Ed., Addison Wesley, Prentice Hall Inc, 2004, ISBN 978-0-13-146100-0
 * Physics of Atoms and Molecules, B.H. Bransden, C.J.Joachain, Longman, 1983, ISBN 0-582-44401-2
 * Angular Momentum. Understanding Spatial Aspects in Chemistry and Physics, R. N. Zare, Wiley-Interscience, 1991,ISBN 978-0-47-1858928