Mikä on fotoni fysiikassa?

fotoni on valon hiukkanen, joka on määritelty erillisenä kimppuna (tai kvantti) sähkömagneettista (tai kevyttä) energiaa. Fotonit ovat aina liikkeessä ja tyhjössä (täysin tyhjä tila), niillä on vakio valonopeus kaikille tarkkailijoille. Fotonit kulkevat tyhjiössä valonnopeus (yleisemmin vain nimeltään valonopeus) C = 2,998 x 10⁸ neiti.

Valon fotoniteorian mukaan fotonit:

• käyttäytyvät kuin hiukkanen ja aalto samanaikaisesti
• liikku vakiona nopeus, C = 2,9979 x 10⁸ m / s (ts. "valon nopeus"), tyhjässä tilassa
• on nolla massaa ja lepoenergiaa
• kuljettaa energiaa ja vauhtia, jotka liittyvät myös taajuuteen (nu) ja aallonpituus (Lamdba) sähkömagneettisen aallon prosenttiosuus yhtälönä ilmaistuna E = h nu ja p = h / lambda.
• voidaan tuhota / luoda, kun säteily absorboituu / päästää.
• voi olla hiukkasmaisia ​​vuorovaikutuksia (ts. törmäyksiä) elektronien ja muiden hiukkasten kanssa, kuten Compton-vaikutus joissa valon hiukkaset törmäävät atomien kanssa aiheuttaen elektronien vapautumisen.

Termi fotoni loi Gilbert Lewis vuonna 1926, vaikka käsite valosta diskreetin hiukkasten muodossa oli ollut olemassa jo vuosisatojen ajan, ja se oli virallistettu Newtonin optiikan tutkimuksen rakentamisessa.

1800-luvulla kuitenkin aalto-ominaisuudet valon (jota tarkoitetaan elektromagneettinen säteily yleensä) tuli räikeästi ilmeinen ja tutkijat olivat lähinnä heittäneet valon hiukkasteorian ikkunasta. Vasta vasta Albert Einstein selitti valosähköinen ilmiö ja tajusi, että valoenergia oli kvantisoitava, että hiukkasteoria palasi.

Kuten edellä mainittiin, valolla on sekä aallon että hiukkasen ominaisuuksia. Tämä oli hämmästyttävä löytö ja on varmasti sen ulkopuolella, miten normaalisti ymmärrämme asioita. Biljardipallot toimivat hiukkasina, kun taas valtameret toimivat aaltoina. Fotonit toimivat sekä aalto- että hiukkasina koko ajan (vaikkakin se on yleinen, mutta sanoen periaatteessa väärä) että se on "joskus aalto ja joskus hiukkanen" riippuen siitä, mitkä piirteet ovat ilmeisempiä tietyllä aika).

Vain yksi tämän vaikutuksista aaltohiukkasten kaksinaisuus (tai hiukkas-aalto dualiteetti) on se, että fotoneilla, vaikka niitä käsitellään hiukkasina, voidaan laskea taajuudella, aallonpituudella, amplitudilla ja muilla aallon mekaniikkaan liittyvillä ominaisuuksilla.

Fotoni on perushiukkashuolimatta siitä, että siinä ei ole massaa. Se ei voi yksinään hajota, vaikka fotonin energia voi siirtyä (tai syntyä) vuorovaikutuksessa muiden hiukkasten kanssa. Fotonit ovat sähköisesti neutraaleja ja ovat harvinaisia ​​hiukkasia, jotka ovat identtisiä niiden hiukkasten vastaisen antiphotonin kanssa.

Fotonit ovat spin-1-hiukkasia (mikä tekee niistä bosoneja), joiden spin-akseli on suunnan suuntainen matka (joko eteen- tai taaksepäin, riippuen siitä onko se "vasen" tai "oikea" fotoni). Tämä ominaisuus mahdollistaa valon polarisaation.