Wat is een foton in de natuurkunde?

Fotonen zijn een 'bundel van energie'

fototuin, Getty Images

EEN foton is een lichtdeeltje gedefinieerd als een discrete bundel (of quantum ) van elektromagnetische (of lichte) energie. Fotonen zijn altijd in beweging en hebben in een vacuüm (een volledig lege ruimte) een constante lichtsnelheid voor alle waarnemers. Fotonen reizen in het vacuüm lichtsnelheid (beter gewoon de snelheid van het licht genoemd) van c = 2,998 x 10⁸Mevrouw.

Basiseigenschappen van fotonen

Volgens de fotonentheorie van licht, fotonen:

• gedragen als een deeltje en een golf, tegelijk
• bewegen met een constante snelheid , c = 2.9979 x 10⁸m/s (d.w.z. 'de snelheid van het licht'), in de lege ruimte
• hebben nul massa en rust energie
• dragen energie en momentum, die ook gerelateerd zijn aan de frequentie ( niet) en golflengte (zelfstandig naamwoord) van de elektromagnetische golf, zoals uitgedrukt door de vergelijking EN = h nee en p = h / lambda .
• kunnen worden vernietigd/gemaakt wanneer straling wordt geabsorbeerd/uitgezonden.
• kan deeltjesachtige interacties (d.w.z. botsingen) hebben met elektronen en andere deeltjes, zoals in de Compton-effect waarin lichtdeeltjes botsen met atomen, waardoor elektronen vrijkomen.

Geschiedenis van fotonen

De term foton is bedacht door Gilbert Lewis in 1926, hoewel het concept van licht in de vorm van discrete deeltjes al eeuwen bestaat en geformaliseerd was in Newtons constructie van de wetenschap van de optica.

In de jaren 1800 echter, golfeigenschappen van licht (waarmee bedoeld wordt) electromagnetische straling in het algemeen) werd overduidelijk en wetenschappers hadden de deeltjestheorie van licht in wezen uit het raam gegooid. Het was niet totdat Albert Einstein legde uit fotoëlektrisch effect en realiseerde zich dat lichtenergie gekwantiseerd moest worden dat de deeltjestheorie terugkeerde.

Golf-deeltje dualiteit in het kort

Zoals hierboven vermeld, heeft licht eigenschappen van zowel een golf als een deeltje. Dit was een verbazingwekkende ontdekking en valt zeker buiten het domein van hoe we normaal dingen waarnemen. Biljartballen werken als deeltjes, terwijl oceanen als golven werken. Fotonen fungeren de hele tijd als zowel een golf als een deeltje (ook al is het gebruikelijk maar in wezen onjuist, om te zeggen dat het 'soms een golf en soms een deeltje' is, afhankelijk van welke kenmerken op een bepaald moment duidelijker zijn).

Slechts een van de effecten hiervan dualiteit golf-deeltjes (of deeltje-golf dualiteit ) is dat fotonen, hoewel ze als deeltjes worden behandeld, kunnen worden berekend om frequentie, golflengte, amplitude en andere eigenschappen te hebben die inherent zijn aan golfmechanica.

Leuke foton-feiten

Het foton is een elementair deeltje , ondanks het feit dat het geen massa heeft. Het kan niet uit zichzelf vervallen, hoewel de energie van het foton kan worden overgedragen (of gecreëerd) bij interactie met andere deeltjes. Fotonen zijn elektrisch neutraal en zijn een van de zeldzame deeltjes die identiek zijn aan hun antideeltje, het antifoton.

Fotonen zijn spin-1-deeltjes (waardoor het bosonen worden), met een spin-as die evenwijdig is aan de rijrichting (vooruit of achteruit, afhankelijk van of het een 'links' of 'rechts' foton is). Deze functie zorgt voor polarisatie van licht.