În fizică, fotonul este un cuantum de excitație a câmpului electromagnetic cuantizat. Acesta este considerat drept una dintre particulele elementare ale Modelului Standard.
Fotonul are, de obicei, simbolul γ (gamma), deși în fizica energiilor înalte, acest simbol se referă la fotoni de energie mare (fotonii din sectorul energetic imediat inferior sunt nota’i de exemplu cu X și sunt numiţi raze X).
Fotonii sunt adesea asociaţi cu lumină, cu care au legătură doar pentru o zonă de frecvențe foarte îngustă a spectrului. Chiar și aşa, lumina este întâlnită frecvent în stări cuantice care nu sunt pure, ci suprapuneri de diferite cantităţi de fotoni, fie suprapuneri coerente (așa-numitele stări coerente) care descriu lumină coerentă, cum ar fi cea emisă de un laser ideal, sau suprapuneri haotice (așa-numitele stări termice), care descriu lumina în echilibru termic (radiația corpului negru). Dispozitive speciale, cum ar fi micromaserele, pot crea tipuri pure de fotoni de lumină. Starea cuantica asociată este starea Fock notată |n>, în sensul de n fotoni în spectrul electromagnectic. Dacă câmpul este multimodal, starea sa cuantica este un produs tensorial al stărilor fotonilor.
Fotonii pot fi produşi într-o varietate de moduri, inclusiv prin emisii de electroni, deoarece aceştia schimbă stările de energie sau orbitalii. Ei pot fi, de asemenea, creaţi de tranziții nucleare, anihilarea particulă-antiparticulă, sau orice fluctuații într-un câmp electromagnetic.
În vid, fotonii se deplasează cu viteza luminii c, definită egală cu 299.792.458 m/s (aceasta este o definiție și, prin urmare, nu suferă nicio incertitudine experimentală), sau aproximativ 3×108 m/s. Relația de dispersie este liniară și constanta de proporționalitate este constanta Planck h, conducînd la relațiile utile pentru studii cinematice, E = h ν (cu E energia fotonica și ν frecvența modală, sau frecvența fotonilor) și p = h ν / c (p este impulsul). Fotonii sunt consideraţi a fi particule fundamentale. Durata lor de viață este infinită. Spinul lor este 1 și sunt, prin urmare, bosoni. Cu toate acestea, deoarece se deplasează cu viteza luminii, ei au doar două proiecții de spin, deoarece proiecția zero necesită un cadru în care fotonul încă se găseşte. Un astfel de cadru nu există în conformitate cu teoria relativității. Ei au masa invariantă zero, dar o energie finită definită la viteza luminii. Chiar și așa, teoria relativității generale afirmă că aceştia sunt afectaţi de gravitate, iar acest lucru este confirmat de observaţii.
Într-un material, ei cuplează la excitațiile mediului şi se comportă diferit. De exemplu, atunci când se cuplează cu fononi sau excitoni dau naştere la polaritoni. Dispersia lor se depărtează de linia dreaptă și dobândesc o masă efectivă. Prin urmare, viteza lor devine mai mică decât viteza luminii.
Lasă un răspuns