Wat is een foton in de natuurkunde?

EEN foton is een lichtdeeltje dat wordt gedefinieerd als een afzonderlijke bundel (of quantum) van elektromagnetische (of licht) energie. Fotonen zijn altijd in beweging en hebben in een vacuüm (een volledig lege ruimte) een constante lichtsnelheid voor alle waarnemers. Fotonen reizen met de vacuümsnelheid van het licht (meestal de lichtsnelheid genoemd) van c = 2.998 x 10⁸ Mevrouw.

Basiseigenschappen van fotonen

Volgens de fotontheorie van het licht, fotonen:

• tegelijkertijd gedragen als een deeltje en een golf
• beweeg met een constante snelheid, c = 2,9979 x 10⁸ m / s (d.w.z. "de snelheid van het licht"), in lege ruimte
• heb nul massa en rust energie
• draag energie en impuls, die ook gerelateerd zijn aan de frequentie (nu) en golflengte (Lamdba) van de elektromagnetische golf, zoals uitgedrukt door de vergelijking E = h nu en p = h / lambda.
• kan worden vernietigd / gecreëerd wanneer straling wordt geabsorbeerd / uitgezonden.
• kan deeltjesachtige interacties (d.w.z. botsingen) hebben met elektronen en andere deeltjes, zoals in het Compton-effect waarbij lichtdeeltjes botsen met atomen, waardoor de afgifte van elektronen wordt veroorzaakt.

Geschiedenis van fotonen

De term foton werd bedacht door Gilbert Lewis in 1926, hoewel het concept van licht in de vorm van afzonderlijke deeltjes al eeuwen bestond en was geformaliseerd in Newtons constructie van de optische wetenschap.

In de 19e eeuw werden de golfeigenschappen van licht (waarmee in het algemeen elektromagnetische straling wordt bedoeld) echter overduidelijk en wetenschappers hadden in wezen de deeltjestheorie uit het raam gegooid. Pas toen Albert Einstein het foto-elektrisch effect uitlegde en besefte dat lichtenergie moest worden gekwantificeerd, keerde de deeltjestheorie terug.

Dualiteit van golf-deeltjes 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 werken de hele tijd als een golf en als een deeltje (ook al is het gebruikelijk maar in principe onjuist, om te zeggen dat het "soms een golf en soms een deeltje" is, afhankelijk van welke functies op een gegeven moment duidelijker zijn).

Slechts een van de effecten hiervan dualiteit van golfdeeltjes (of dualiteit van deeltjesgolven) is dat fotonen, hoewel behandeld als deeltjes, berekend kunnen worden met frequentie, golflengte, amplitude en andere eigenschappen die inherent zijn aan golfmechanica.

Leuke fotofeiten

Het foton is een elementair deeltje, ondanks het feit dat het geen massa heeft. Het kan niet vanzelf vergaan, hoewel de energie van het foton kan worden overgedragen (of gecreëerd) na interactie met andere deeltjes. Fotonen zijn elektrisch neutraal en zijn een van de zeldzame deeltjes die identiek zijn aan hun antipartikel, het antiphoton.

Fotonen zijn spin-1-deeltjes (waardoor ze bosonen zijn), met een draaias die evenwijdig is aan de rijrichting (naar voren of naar achteren, afhankelijk van of het een "linker" of "rechter" foton is). Deze functie zorgt voor polarisatie van licht.