利用结构光的自旋-轨道霍尔效应检验引力波的波粒二象性

探测引力波（GWs）的偏振将为引力子提供证据，表明引力的量子化。受下一代引力波探测器的启发，我们尝试研究结构光与引力波之间可能的螺旋度耦合。借助引力场与通用电磁介质之间的类比，我们基于近轴近似下的麦克斯韦理论给出了一个 4-矢量光学狄拉克方程。研究发现，在引力场中传播的自旋光可视为具有 $\mathcal{PT}$ 对称性的非厄米系统。我们进一步证明，引力波与自旋光角动量之间的耦合效应可能使光子在不同轨道角动量（OAM）本征态之间发生偶极和四极跃迁，并导致一些可测量的光学特征，包括自旋光中心强度增亮和强度图样的宏观旋转。前者是与自旋无关的现象，而后者是与自旋有关的现象，二者均可另视为结构光在引力波中的自旋-轨道霍尔效应，并可作为引力波粒子性的指示。