El fotó és un tipus de partícula elemental portadora de totes les formes de radiació electromagnètica. Entre aquests tipus de radiació s'inclouen els raigs X, els raigs gamma, els fotons de llum visible, la llum infraroja, les ones de ràdio i de microones.
En concret, la definició de fotó (representat pel símbol γ) ens diu que: “Un fotó és el quantum denergia en forma de radiació electromagnètica, emès o absorbit per la matèria.”
Aquestes partícules fonamentals són estables, no tenen massa ni càrrega elèctrica i quan són al buit es mouen a velocitat constant: la velocitat de la llum.
Els fotons s'emeten en molts processos naturals, com ara:
Quan una càrrega s'accelera, emet radiació sincrotró.
Durant una transició molecular, atòmica o nuclear a un nivell d'energia més baix, s'emetran fotons de diverses energies, que van des d'ones de ràdio fins a raigs gamma.
Quan una partícula i la seva antipartícula corresponent s'aniquilen.
En el model estàndard de la física de partícules, els fotons i altres partícules elementals es descriuen com una conseqüència necessària del fet que els principis de la física tinguin una certa simetria a l'espai-temps.
Quina és lenergia dun fotó?
L'energia del fotó correspon a l'energia que es transporta per un sol fotó. Aquesta energia depèn de la freqüència electromagnètica i de la longitud d'ona. En conseqüència, lenergia augmenta en augmentar la freqüència i la longitud dona del fotó.
Les unitats més utilitzades per indicar l'energia d'aquestes partícules són l'electrovolti (eV) i el juliol (J). Un juliol equival a 6,24 × 10 18 eV.
Perquè serveixen els fotons?
Aquestes partícules fonamentals tenen moltes aplicacions en tecnologia. Alguns exemples destacats són:
Obtenció denergia elèctrica: limpacte dun fotó sobre la superfície dun panell solar provoca lalliberament delectrons dels materials semiconductors per lefecte fotovoltaic. La suma daquest moviment de càrregues dóna lloc a un corrent continu.
El làser.
Fabricació de xips.
Enginyeria i química: S'utilitzen tant per calcular el canvi d'energia resultant d'una absorció de fotons com per determinar la freqüència de llum emesa per una emissió de fotons donada.
Biologia molecular: En alguns casos, es poden acoblar dues transicions d'energia perquè, a mesura que un sistema absorbeix un fotó, un altre sistema proper "robi" la seva energia i torneu a emetre un fotó d'una freqüència diferent.
Generació de números aleatoris: Diversos tipus diferents de generadors de números aleatoris de maquinari impliquen la detecció de fotons individuals.
El fotó es comporta com una ona i com una partícula
Com totes les partícules elementals, els fotons s'expliquen amb la mecànica quàntica. Tot i així, presenten dualitat ona-partícula, és a dir, exhibeixen simultàniament propietats d'ones i de partícules.
D'una banda, es comporta com una ona en fenòmens com ara la refracció. D'altra banda, també es comporta com una partícula quan interactua amb la matèria per transferir una quantitat fixa d'energia.
Quan va aparèixer el concepte de fotó per primera vegada?
A la majoria de les teories fins al segle XVII i XVIII, la llum es considerava formada per partícules. No obstant això, pel fet que els models de partícules no podien explicar certs fenòmens, alguns científics van proposar teories ondulatòries per a la llum.
El concepte modern del fotó va ser desenvolupat de manera gradual per Albert Einstein a principis del segle XX. Aquest concepte es va utilitzar per explicar les observacions experimentals que no concordaven amb el model clàssic de la llum com a ona electromagnètica.
El 1926 el físic òptic Frithiof Wolfers i el químic Gilbert N. Lewis van encunyar el terme «fotó» per aquestes partícules.
