自旋霍尔效应与无质量自旋粒子的局域化

光的自旋霍尔效应代表了一类多样的依赖于偏振的物理现象，涉及电磁波包动力学。在折射率不均匀的介质中，波包可有效地被描述为沿依赖于偏振的轨迹运动的无质量自旋粒子。类似地，在弯曲时空中，光的引力自旋霍尔效应表现为对零测地线的依赖于偏振的偏离。本文中，我们分析了描述光的引力自旋霍尔效应的运动方程。我们表明这些方程是广义相对论中自旋物体Mathisson-Papapetrou方程的一个特例。这使我们能够利用若干已知的Mathisson-Papapetrou方程结果，并将其应用于电磁波包的研究。我们导出了守恒律，讨论了自旋霍尔方程的有效范围，并研究了被有效描述为无质量自旋粒子的波包的能量中心如何依赖于表示一类观察者的类时矢量场的外部选择。在平直时空中，恢复了相对论霍尔效应与Wigner(-Souriau)平移，而我们的方程也提供了这些效应在任意时空中的推广。我们构造了一大类可由自旋霍尔方程描述的波包，但也通过给出更一般且不被自旋霍尔方程描述的波包例子找到了其局限。最后，我们考察了电磁波包是无质量的这一假设。尽管这在许多情形下近似成立，但并不精确。我们表明，若未能仔细考虑无质量近似的局限性，会导致出现远离波包本身的物理上不合理的中心。