Mi a foton a fizikában?

A foton egy fény részecske, amelyet diszkrét kötegként (vagy kvantum) elektromágneses (vagy fény) energiát. A fotonok mindig mozgásban vannak, és vákuumban (teljesen üres hely) állandó megvilágítási sebességük van minden megfigyelő számára. A fotonok vákuumban haladnak fénysebesség (amelyet általában fénysebességnek hívnak) c = 2,998 x 10⁸ Kisasszony.

A fény fotonelmélete szerint a fotonok:

• úgy viselkednek, mint egy részecske és egy hullám, egyszerre
• mozogni állandó sebesség, c = 2,9979 x 10⁸ m / s (vagyis "fénysebesség"), üres helyre
• nulla tömeg és nyugalmi energia
• energiát és lendületet hordoz, amelyek szintén kapcsolódnak a frekvenciához (nu) és hullámhossz (Lamdba) az elektromágneses hullámnak az egyenlettel kifejezve E = h nu és p = h / lambda.
• megsemmisíthető / létrehozható, amikor a sugárzás elnyeli / kibocsátja.
• lehet részecskemű kölcsönhatásokkal (azaz ütközésekkel) az elektronokkal és más részecskékkel, például a Compton hatás amelyekben a fény részecskéi ütköznek az atomokkal, elektronok kibocsátását okozva.

A foton kifejezést a Gilbert Lewis 1926-ban, bár a fény fogalma diszkrét részecskék formájában már évszázadok óta fennmaradt, és Newton optikai tudományának felépítése során hivatalossá tették.

Az 1800-as években azonban a hullám tulajdonságai fény (amelynek alatt értjük elektromágneses sugárzás általában) látványossá vált, és a tudósok lényegében a fény részecskeelméletét dobták ki az ablakon. Csak addig volt Albert Einstein magyarázta a fotoelektromos hatás és rájött, hogy a fényenergiát kvantálni kell, hogy a részecskeelmélet visszatérjen.

Mint fentebb említettük, a fénynek mind hullám, mind részecske tulajdonságai vannak. Ez megdöbbentő felfedezés volt, és természetesen kívül esik azon, hogy mi általában érzékeljük a dolgokat. A biliárdgolyók részecskékként, míg az óceánok hullámként viselkednek. A fotonok mind hullám, mind részecskeként működnek (bár általános, de mondhatjuk, hogy alapvetően helytelen) hogy "néha egy hullám, néha egy részecske" attól függően, hogy mely tulajdonságok egyértelműbbek egy adottnál idő).

Ennek csak az egyik hatása hullám-részecske kettősség (vagy részecskehullám kettőssége) szerint a fotonok, bár részecskékként kezelhetők, kiszámíthatók úgy, hogy azok frekvencia, hullámhossz, amplitúdó és egyéb tulajdonságokkal rendelkezzenek a hullámmechanikában.

A foton egy elemi részecskeannak ellenére, hogy nincs tömege. Önmagában nem bomlik, bár a foton energiája más részecskékkel való kölcsönhatás során átvihető (vagy létrejön). A fotonok elektromos szempontból semlegesek és egyike azoknak a ritka részecskéknek, amelyek azonosak a részecskeellenes részeikkel, az antiphotonnal.

A fotonok spin-1 részecskék (bozonokká válnak), a spin tengelye párhuzamos az iránygal utazás (előre vagy hátra, attól függően, hogy "bal vagy jobb" foton). Ez a tulajdonság teszi lehetővé a fény polarizációját.