Foton.pdf

Foton

Cząstki elementarne

leptony

ν e

ν μ

ν τ

nośniki oddziaływań

→ γ

Z 0 W ±

gluon

hadrony

mezony

J/ ψ

bozon y

kwarki

bariony

fermiony

Foton ( gr. φ οτος - światło ) jest cząstką elementarną nie posiadającą ładunku elektrycznego

ani momentu magnetycznego, o masie spoczynkowej równej zero (m 0 =0), liczbie spinowej

s=1 (fotony są zatem bozona mi). Fotony są nośnikami oddziaływań elektromagnetycznych ,

a ponieważ wykazują dualizm korpuskularno-falowy są równocześnie fa lą

elektromagnetyczną.

W fizyce foton jest kwante m pola elektromagnetycznego, np. widzialnego światła. W

mechanice kwantowej pole elektromagnetyczne zachowuje się jak zbiór cząstek (fotonów).

Z kwantowego punktu widzenia światło jest dużym strumieniem fotonów. Bardzo czułe

instrumenty optyczne potrafią rejestrować pojedyncze fotony.

W zależności od energii fotonów promieniowanie, na które się składają, ma inną nazwę. I

tak mówi się (poczynając od najwyższej energii fotonu) o promieniowaniu gamma,

rentgenowskim (promieniowaniu X), ultrafiolecie , świetle widzialnym, promieniowaniu

podczerwonym (podczerwieni), mikrofalach , falach radiowych (promieniowaniu radiowym).

Jednak z fizycznego punktu widzenia wszystkie te rodzaje promieniowania mają jednakową

naturę.

Foton

Fotony poruszają się z prędkością światła. W próżni fotony mogą pokonywać dystanse wielu

miliardów lat świetlnych, poruszając się po torach lekko tylko zakrzywianych przez pola

grawitacyjne ciał niebieskich. Jedynie czarne dziury mają wystarczająco silne pole

grawitacyjne, że mogą uwięzić światło wewnątrz horyzontu zdarzeń.

Historia

Aż do XVIII wieku większość teorii zakładała, że

światło składa się z cząstek. Ponieważ model

cząsteczkowy nie może łatwo wyjaśnić załamania ,

dyfrakcji i dwójłomności , powstały teorie o falowej

naturze światła, zaproponowane przez Kartezjusz a

(1637), Roberta Hooke ’ a (1665) oraz Christiaana

Huygensa (1678). Pomimo to wciąż dominowały

modele cząsteczkowe, głównie z powodu wpływu

Isaaca Newtona . Na początku dziewiętnastego

wieku Thomas Young i Augustin-Jean Fresnel

zademonstrowali dyfrakcję oraz interferencję

światła i od 1850 roku modele falowe zostały powszechnie zaakceptowane. W 1865 roku

James Clerk Maxwell wysunął przypuszczenie, że światło jest falą elektromagnetyczną.

Hipoteza ta została potwierdzone eksperymentalnie w 1889 roku przez Heinricha Hertza,

który odkrył fale radiowe. To ostatecznie zadecydowało o odrzuceniu cząsteczkowego

modelu światła.

Teoria falowa Maxwella nie

wyjaśnia jednak wszystkich

własności światła. Teoria ta

przewiduje, że energia fali

świetlnej zależy wyłącznie od

jej natężenia i nie ma związku

z jej częstotliwością. Pomimo

to szereg różnych,

niezależnych eksperymentów

pokazuje, że energia

przekazywana atomom przez

światło zależy wyłącznie od

częstotliwości światła, a nie od jego natężenia. Na przykład niektóre reakcje chemiczne są

wyzwalane tylko przez światło o częstotliwości wyższej od pewnej wartości progowej, a

światło o częstotliwości niższej od progowej, bez względu na jego natężenie, nie

zapoczątkuje reakcji. Podobnie, elektrony mogą zostać wybite z metalowej płytki przez

oświetlanie jej światłem o wystarczająco wysokiej częstotliwości ( efekt fotoelektryczny) , a

maksymalna energia wybitych elektronów zależy jedynie od częstotliwości światła.

Fala elektromagnetyczna

W tym samym czasie, badania nad promieniowaniem ciała doskonale czarnego prowadzone

przez ponad cztery dekady (1860 - 1900) przez wielu badaczy zostały uwieńczone hipotezą

Maxa Plancka, głoszącą, że energia wypromieniowywana przez ciało doskonale czarne jest

w postaci cząstek. Jak wykazał to Albert Einstein, pewien rodzaj kwantyzacji energii musi

być założony, by wyjaśnić równowagę termiczną zachodzącą pomiędzy materią a

Doświadczenie Younga z 1805 roku

pokazało, że światło może zachowywać się

jak fala , co pomogło w zwalczaniu

wczesnych cząsteczkowych modeli światła.

Foton

promieniowaniem elektromagnetycznym (której nie ma od kilku lub kilkunastu miliardów

lat).

Ponieważ teoria światła Maxwella dopuszczała wszystkie możliwe energie promieniowania

elektromagnetycznego, większość fizyków przypuszczała początkowo, że energia

kwantyzacji jest rezultatem pewnego nieznanego ograniczenia dla materii, która pochłania

lub emituje światło. W 1905 roku Einstein zasugerował jako pierwszy, że energia

kwantyzacji jest własnością samego promieniowania elektromagnetycznego. Chociaż

Einstein uważał teorię Maxwella za słuszną, wskazał, że wiele niewytłumaczalnych

eksperymentów mogłoby być wyjaśnione gdyby energia Maxwellowskiej fali świetlnej była

zlokalizowana w punktowych kwanta ch, poruszających się niezależnie od siebie, nawet

jeżeli sama fala rozprzestrzenia się w sposób ciągły w przestrzeni. W 1909 i 1916 roku

Einstein wykazał, że jeśli prawo Plancka opisujące promieniowanie ciała doskonale

czarnego jest słuszne, kwanty energii muszą mieć pęd

, co czyni je pełnoprawnymi

cząstkami. Pęd fotonu został zaobserwowany eksperymentalnie przez Artura Comptona w

rozpraszaniu wysokoenergetycznych fotonów na swobodnych elektronach. Fotony w takim

oddziaływaniu zachowują się jak cząstki, a układ foton - elektron w zderzeniu zachowuje

pęd i energię. Po kwantowym wyjaśnieniu zjawiska fotoelektrycznego, był to kolejny dowód

na istnienie fotonów. Arthur Compton za odkrycie tego zjawiska (nazwanego od jego

nazwiska efektem Comptona) otrzymał w 1927 roku Nagrodę Nobla . Kluczowe pytanie w

tym okresie brzmiało: jak połączyć Maxwellowską falową teorię światła z jego cząsteczkową

naturą, zaobserwowaną eksperymentalnie? Odpowiedź na to pytanie zaprzątała Alberta

Einsteina przez resztę jego życia, a została znaleziona przez elektrodynamikę kwantową i jej

następcę, Model Standardowy .

Ciekawostki

W 2007 roku fizycy z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu: Wojciech Wasilewski,

Piotr Kolenderski i Robert Frankowski ogłosili, że zbadali kształt fotonu. Wykorzystywane

przez nich źródło emitowało najczęściej obłe fotony o długości ok. 45 mikrometró w.' [1] . W

przybliżeniu jeden na sześć fotonów miał 'kształt garbów wielbłąda i długość 65

mikrometrów' [2] .

Zobacz też

• Oddziaływanie elektromagnetyczne

Przypisy

[1] * "Jaki kształt ma światło?" (http:/ / www. gazetawyborcza. pl/ 1,75476,4500074. html?skad=rss)

[2] Streszczenie pracy Spectral Density Matrix of a Single Photon Measured w Physical Review Letters (http:/ /

link. aps. org/ abstract/ PRL/ v99/ e123601)

Foton

Źródła i autorzy artykułu

Foton Source : http://pl.wikipedia.org/w/index.php?oldid=16983951 Contributors : Abe, Astrolog, Awmarcz, Chrumps, Dobromila, Fizykaa, Gang65,

Gregul, Hashar, Highlight, K K, Kmellem, Kuba G, Ljs, Lzur, Margoz, Mix321, Mpfiz, Mzopw, Palica, Pallas, Polimerek, RManka, Rabidmoon,

Remedios44, Roo72, Siałababamak, Stepa, Stok, Tio, Tvmsi, WarX, Youandme, conversion script, 24 anonymous edits

Foton

Źródła, licencje i autorzy grafiki

Plik:Young Diffraction.png Source : http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Young_Diffraction.png License : unknown Contributors : -

Plik:fala swietlna.svg Source : http://pl.wikipedia.org/w/index.php?title=Plik:Fala_swietlna.svg License : unknown Contributors : -

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: