Преглед на кода на Фотон

{{Елементарна частица
|Име= Фотон
|Снимка= Sem X photon.svg
| описание = Излъчване на фотон
|[[Бозон]]
|γ<sup>0</sup>, hν
|
|γ<sup>0</sup>
|предсказана теоретично:<br>[[Алберт Айнщайн]]<br>открита експериментално:<br>[[Артър Холи Комптън]] ([[1923]])
|0 в покой
|0 [[Кулон|C]]
|1
|0
|0
|стабилен
| [[електромагнитно взаимодействие|електромагнитно]]
}}
'''Фотон''' ({{lang|el|на=от|φωτός}} – [[светлина]]) е [[елементарна частица]], един от [[Калибровъчен бозон|калибровъчните бозони]], който е преносител на [[квант]] [[енергия]] на [[електромагнитно излъчване|електромагнитното излъчване]]. Отличава се от другите елементарни частици по това, че има нулева [[маса]] в покой, което означава, че във [[вакуум]] се движи със [[скорост]]та на [[светлина]]та. Като всички [[квант]]и, фотонът притежава двойствена [[природа]] – свойствата на [[частица]] и [[вълна]] едновременно. Това явление се нарича [[корпускулярно-вълнов дуализъм]]. Вълновите свойства на фотона се проявяват чрез [[пречупване|рефракция]] от леща и [[интеференция|деструктивна интерференция]].

Освен енергия фотонът има [[Импулс (механика)|импулс]] и [[Поляризация (вълни)|поляризация]]. Той следва законите на квантовата механика, което значи, че тези характеристики нямат ясно определени стойности за даден фотон. По-скоро те се определят от вероятността да бъде измерена известна поляризация, позиция или импулс. Например, въпреки че фотон може да възбуди дадена молекула, често е трудно да се определи предварително коя точно.

Гореспоменатото определение на фотона като носител на електромагнитното излъчване често се употребява от [[физик|физиците]]. Обаче в теоретичната физика той често се смята за преносител на всякакви електромагнитни взаимодействия, включително магнитни полета и електростатично отблъскване на едноименни заряди.

Идеята за фотоните намира приложение в много области като например във [[фотохимия]]та и при микроскопи с висока разделителна способност.

== История ==
=== Теоретично предсказване ===
[[Файл:Fog-laser.jpg|мини|ляво|Лазерни ефекти в мъгла]]Идеята за квантовия характер на излъчването и поглъщането на електромагнитна енергия е въведена за първи път от [[Макс Планк|Планк]] в [[1900]] година за обяснение на [[топлинно излъчване|топлинното излъчване]] на [[абсолютно черно тяло]]. Името ''фотон'' дава американският физико-химик [[Гилберт Нютон Люис]]<ref name="Lewis1926">{{cite journal | last=Lewis | first = GN | authorlink = Gilbert N. Lewis | title = The conservation of photons| url=https://archive.org/details/sim_nature-uk_1926-12-18_118_2981/page/n8 |journal = [[Nature (journal)|Nature]] | year = 1926 | volume = 118 | pages = 874–875}}</ref> през [[1926]] година. Съвременната теория за фотона е разработена от [[Алберт Айнщайн]]<ref name="Einstein1905">{{cite journal | last = Einstein | first = А | authorlink = Albert Einstein | year = 1905 | title = Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt (trans. A Heuristic Model of the Creation and Transformation of Light) | journal = Annalen der Physik | volume = 17 | pages = 132 – 148}}.</ref><ref name="Einstein1909">{{cite journal | last = Einstein | first = A | authorlink = Albert Einstein | year = 1909 | title = Über die Entwicklung unserer Anschauungen über das Wesen und die Konstitution der Strahlung (trans. The Development of Our Views on the Composition and Essence of Radiation) | journal = Physikalische Zeitschrift | volume = 10 | pages = 817 – 825}}.</ref><ref name="Einstein1916a">{{cite journal | last = Einstein | first = A | authorlink = Albert Einstein | year = 1916a | title = Strahlungs-emission und absorption nach der Quantentheorie | journal = Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft | volume = 18 | pages = 318}}</ref><ref name="Einstein1916b">{{cite journal | last = Einstein | first = A | authorlink = Albert Einstein | year = 1916b | title = Zur Quantentheorie der Strahlung | journal = Mitteilungen der Physikalischen Geselschaft zu Zürich | volume = 16 | pages = 47}} Also ''Physikalische Zeitschrift'', '''18''', 121 – 128 (1917).</ref> в периода [[1905]] – [[1917]] като опит да се обяснят различни експерименти, един от които е [[фотоелектричен ефект|фотоелектричният ефект]].

Концепцията за фотона допринася за много нови теории и открития ([[лазер]]а, [[кондензация на Бозе-Айнщайн|кондензацията на Бозе-Айнщайн]], [[квантова теория на полето|квантовата теория на полето]]), както и практически приложения във [[фотохимия]]та и компютърната томография.

Съгласно стандартния модел във физиката на [[елементарна частица|елементарните частици]], фотоните са отговорни за съществуването на всички електрични и магнитни полета като следствие от симетрията на физичните закони по отношение на [[време]]нните и [[пространство|пространствените]] координати.

=== Експериментално доказателство ===
През [[1922]] г. [[Артър Холи Комптън|Артър Комптън]] наблюдава, описва и теоретически обосновава ефекта (по-късно наречен [[ефект на Комптън]]) на изменение на [[дължина на вълната|дължината на вълната]] на рентгеновите лъчи, вследствие разсейване от свободни [[електрон]]и. С това експериментално е доказано съществуването на фотона. Впоследствие [[Валтер Боте|Боте]] и [[Ханс Гайгер|Гайгер]] провеждат опит, който се оказва доказателство на откритието на Комптън. Опитът се състои в това, че на всеки избит фотоелектрон (тоест слабо свързан електрон, избит от фотон, обикновено от някоя от горните Борови орбити) трябва да съответства разсеян фотон, чиято дължина на вълната е различна от първоначалната. Тази дължина на вълната е свързана с Комптъновата, а ъгълът, който траекторията на фотона сключва с избития електрон, е определен от формула, която Комптън извежда теоретично. Опитната постановка се състои в това, че регистрирайки избит фотоелектрон, ние трябва да сме предвидили според горе дадената зависимост на Комптън къде (под какъв ъгъл) и с каква честота (дължина на вълната) трябва да регистрираме еластично разсеян фотон. Опитът, който е проведен отлично, отговаря на зависимостта дадена от Комптън, като в 99% на всеки регистриран фотоелектрон съответства очакваният фотон. Опитът е известен като [[опит на Боте-Гайгер]] ([[1925]]). За това си откритие Комптън получава [[Нобелова награда]].

== Характеристики ==
=== Енергия ===
[[Енергия]]та на фотона е неговата главна характеристика. Във вакуум той се движи със скоростта на светлината и [[енергия]]та му е <math>E \!</math>, а [[Импулс (механика)|импулсът]] му е <math>p \!</math>. Те зависят от неговата [[честота]] <math>\nu \!</math> или съответно [[дължина на вълната]] <math>\lambda \!</math>.

:<math>
E = \hbar\omega = h\nu = \frac{h c}{\lambda}
</math>
където ''h'' е [[константа на Планк|константата на Планк]], ''c'' е [[скорост на светлината|скоростта на светлината]] във вакуум и <math>\lambda</math> е [[дължина на вълната|дължината на вълната]] му. Той се различава от класическата вълна, която може да приема или отдава произволни количества [[енергия]]. За видимата светлина енергията, която пренася един фотон, е равна на:

:<math>E = \frac{hc}{\lambda} = \frac{(6,626\cdot 10^{-34}J\cdot s) (2,998\cdot 10^{8}m / s)}{555 nm}\approx 2,22 eV</math> ([[електронволт]]а)

където 555 nm е дължината на вълната, към която човешкото око е най-чувствително (зелената светлина).
:<math>
p = \hbar k = \frac{h}{\lambda} = \frac{h\nu}{c}
</math>

където <math>\hbar = h/2\pi \!</math> е константата на Дирак или редуцираната [[константа на Планк]].

=== Маса ===
Масата на фотона в покой е равна на нула. На практика обаче не съществуват фотони в покой, тъй като това би означавало, че се намират в безкрайно плътна среда (с безкраен показател на пречупване).

=== Скорост ===
Скоростта, с която се движат всички фотони, не зависи от тяхната енергия, а от средата в която се движат. Във вакуум тя е равна на ''с'' (виж [[скорост на светлината]]). В среда с показател на пречупване n скоростта на фотоните е ''c/n''.

=== Интензитет ===
Интензитетът на електромагнитната вълна зависи от броя на нейните фотони, които преминават за единица време през единица площ от равнина, перпендикулярна на посоката на разпространение на фотоните (при [[кохерентност|кохерентни]] плоски вълни) или от повърхността на сфера с център излъчващото тяло (при радиално излъчване).

=== Символично представяне ===
Можем да мислим за фотоните като за „кутийки“, които се движат по определена траектория, или „по релси“. Товарът, с който са пълни, е енергията, която пренасят, като тя може да се товари и разтоварва. Скоростта не зависи от съдържанието им, а от „триенето по релсите“.

== Вижте също ==
* [[Лазер]]
* [[Светлина]]
* [[Електромагнитно излъчване]]
* [[Електромагнитен спектър]]

== Източници ==
<div class="references-small" style="-moz-column-count: 2; column-count: 2;">
<references/>
</div>
{{Списък елементарни частици}}

[[Категория:Бозони]]
[[Категория:Квантова механика]]