Electricitat
Corrent elèctric

Fotó

Fotó

Un fotó és el quantum d'energia en forma de radiació electromagnètica, emès o absorbit per la matèria.

Un fotó és una partícula elemental, el quantum de totes les formes de radiació electromagnètica, incloent la llum. És la partícula mediadora de la força electromagnètica, fins i tot quan està estàtic a través de fotons virtuals.

El fotó té zero massa en repòs i en conseqüència les interaccions d'aquesta força fonamental són observables a escala tant microscòpica com macroscòpica.

Com totes les partícules elementals, els fotons s'expliquen amb la mecànica quàntica però presenten dualitat ona-partícula, exhibint simultàniament propietats d'ones i de partícules. Per exemple, una lent pot refractar un sol fotó i en el procés interferir amb si mateix com si fos una ona, o pot actuar com una partícula que té una posició definida i una quantitat de moviment mesurable.

Les propietats d'ona i de quantum del fotó són dos aspectes observables d'un mateix fenomen i la seva naturalesa no pot ser descrita en termes de cap model mecànic, de manera que la representació d'aquesta propietat dual de la llum, que assumeix que l'energia es concentra en certs punts del front d'ona, és també impossible. Els quants en una ona de llum no es poden localitzar en l'espai; es pren nota d'alguns paràmetres físics definits del fotó.

El fotó té spin igual a 1, i, per tant, és un bosó; com que la seva massa en repòs és nul·la, la helicidad del fotó només pot ser 1 o -1, però no 0.

El fotó es representa pel símbol γ.

Història del fotó

El concepte modern del fotó va ser desenvolupat de forma gradual per Albert Einstein a principis del segle XX per explicar les observacions experimentals que no concordaven amb el model clàssic de la llum com a ona electromagnètica.

El model del fotó quadrava amb el fet que l'energia de la llum depengués de la seva freqüència i explicava la capacitat de la matèria i la radiació electromagnètica d'estar en equilibri tèrmic. A més, el model del fotó també explicava certes observacions anòmales com la radiació del cos negre que altres físics, notablement Max Planck, havia intentat explicar emprant models semiclàssics.

En el model de Planck, la llum estava descrita per les equacions de Maxwell però els objectes materials que emetien i absorbien llum ho feien en paquets discrets d'energia. Encara que aquests models semiclàssics van contribuir al desenvolupament de la mecànica quàntica, diversos experiments posteriors començant per l'efecte Compton vàlida la hipòtesi d'Einstein que la llum en si està quantificada.

El 1926 el físic òptic Frithiof Wolfers i el químic Gilbert N. Lewis van encunyar el terme «fotó» per aquestes partícules. Després que Arthur H. Compton guanyés el Premi Nobel en 1927 per la seva estudis de dispersió, la majoria de científics van acceptar que els quants de llum tenen una existència independent i es va acceptar el nom de fotó per aquests quants.

El fotó en la física de partícules

En el model estàndard de la física de partícules, els fotons i altres partícules elementals es descriuen com una conseqüència necessària del fet que les lleis de la física tinguin una certa simetria en l'espai-temps. Les propietats intrínseques de les partícules, com la càrrega elèctrica, la massa i l'espín vénen determinades per les propietats d'aquesta simetria de gauge.

El concepte de fotó ha conduït a avenços transcendents en física teòrica i experimental, per exemple els làsers, el condensat de Bose-Einstein, la teoria quàntica de camps i la interpretació probabilística de la mecànica quàntica. S'ha aplicat en fotoquímica, a la microscòpia d'alta resolució i en la mesura de distàncies moleculars. Recentment, els fotons s'han estudiat com a element dels ordinadors quàntics i per les seves aplicacions en imatgeria òptica i comunicació òptica com la criptografia quàntica.

valoración: 2.7 - votos 7

Última revisió: 13 de març de 2017

Tornar