Hva er et foton i fysikk?

EN foton er en partikkel av lys definert som et diskret bunt (eller quantum) av elektromagnetisk (eller lett) energi. Fotoner er alltid i bevegelse, og har i en vakuum (et helt tomt rom) en konstant lyshastighet for alle observatører. Fotoner beveger seg i vakuumet lysets hastighet (mer ofte bare kalt lysets hastighet) av c = 2.998 x 10⁸ m / sek.

I følge fotonteorien om lys, fotoner:

• oppfører seg som en partikkel og en bølge, samtidig
• bevege deg på en konstant hastighet, c = 2.9979 x 10⁸ m / s (dvs. "lysets hastighet"), i tomt område
• ha null masse og hvile energi
• bære energi og fart, som også er relatert til frekvensen (nu) og bølgelengde (Lamdba) av den elektromagnetiske bølgen, uttrykt ved ligningen E = h nu og p = h / lambda.
• kan ødelegges / opprettes når stråling absorberes / sendes ut.
• kan ha partikkellignende interaksjoner (dvs. kollisjoner) med elektroner og andre partikler, så som i Compton-effekt der lyspartikler kolliderer med atomer, forårsaker frigjøring av elektroner.

Begrepet foton ble myntet av Gilbert Lewis i 1926, selv om begrepet lys i form av diskrete partikler hadde eksistert i århundrer og var blitt formalisert i Newtons konstruksjon av vitenskapen om optikk.

På 1800-tallet ble imidlertid bølgeegenskaper av lys (med det menes elektromagnetisk stråling generelt) ble bländende opplagt, og forskere hadde i det vesentlige kastet partikkelteorien om lys ut av vinduet. Det var ikke før Albert Einstein forklarte fotoelektrisk effekt og innså at lysenergi måtte kvantifiseres som partikkelteorien returnerte.

Som nevnt over har lys egenskaper både til en bølge og en partikkel. Dette var en forbløffende oppdagelse og er absolutt utenfor riket for hvordan vi normalt oppfatter ting. Biljardkuler fungerer som partikler, mens hav fungerer som bølger. Fotoner fungerer som både en bølge og en partikkel hele tiden (selv om det er vanlig, men i utgangspunktet feil, for å si det at det er "noen ganger en bølge og noen ganger en partikkel" avhengig av hvilke funksjoner som er mer opplagte på et gitt tid).

Bare en av effektene av dette bølge-partikkel dualitet (eller partikkelbølgedualitet) er at fotoner, selv om de behandles som partikler, kan beregnes til å ha frekvens, bølgelengde, amplitude og andre egenskaper iboende i bølgemekanikken.

Fotonet er et elementær partikkeltil tross for at den ikke har masse. Det kan ikke forfalle på egen hånd, selv om energien til fotonet kan overføres (eller skapes) ved interaksjon med andre partikler. Fotoner er elektrisk nøytrale og er en av de sjeldne partiklene som er identiske med deres antipartikkel, antifotonet.

Fotoner er spin-1-partikler (noe som gjør dem til bosoner), med en rotasjonsakse som er parallell med retningen av reise (enten fremover eller bakover, avhengig av om det er en "venstre" eller "høyre" foton). Denne funksjonen er det som muliggjør polarisering av lys.