Fotons

Fotons (sengrieķu: φῶς, phōs — ‘gaisma’) ir elementārdaļiņa, elektromagnētiskā lauka kvants, kā arī gaismas un visu citu elektromagnētiskā starojumu veidu pamatvienība. Tas ir arī elektromagnētiskā spēka nesējs. Šis spēks ir viegli novērojams makroskopiskās parādībās, sākot no saules gaismas līdz pat radiotelefoniem, bet tai pašā laikā fotonam nav miera masas un tas var veikt ļoti lielus attālumus. Tāpat kā visas citas elementārdaļiņas, fotons tiek apskatīts kvantu mehānikā, un tā ir daļiņu fizikas standartmodeļa vecākā daļa. Fotoni izrāda viļņu—daļiņu dualitāti, tas ir, fotoniem piemīt gan viļņu, gan daļiņas īpašības. Piemēram, viens fotons var veikt gaismas laušanu lēcās, bet tikpat labi tas var parādīt viļņu interferenci, kā arī tā parāda savu daļiņas dabu, kas dod noteiktu rezultātu, kad nosaka tās atrašanās vietu.

Mūsdienu fotona jēdzienu pakāpeniski attīstīja (1905—1917) Alberts Einšteins, izskaidrojot eksperimentālus novērojumus, kuri neatbilda gaismas klasiskajam viļņu modelim. Konkrētāk, fotona modelis noteica saistību ar gaismas enerģiju un izskaidroja vielas un starojuma iespējamību, atrodoties siltuma līdzsvarā. Citi fiziķi tiecās izskaidrot šos anomālos novērojumus ar pusklasiskajiem modeļiem, kuros gaisma joprojām tika aprakstīta ar Maksvela vienādojumiem, bet materiālie priekšmeti, kuri emitēja un absorbēja gaismu, ir kvantēti. Kaut arī šie pusklasiskie modeļi sekmēja kvantu fizikas attīstību, tālāki eksperimenti pierādīja Einšteina hipotēzi, ka gaisma pati ir kvantēta; gaismas kvants ir fotons.

Fotoni veido elektromagnētisko lauku, t.i., fotons ir "gaismas daļiņa". Parasti fotonus saista ar redzamo gaismu, kas gan ir tikai ļoti neliela daļa no elektromagnētiskā spektra. Lai gan fotoniem nepiemīt miera masa, tiem ir enerģija. Tā kā tiem ir enerģija, tad vispārīgā relativitātes teorija apgalvo, ka tos ietekmē gravitācija. Tas ir eksperimentāli pierādīts. Fotoniem nav arī elektriskā lādiņa. Fotons tiek izstarots brīdī, kad elektrons ap atoma kodolu pāriet no augstāka enerģijas līmeņa uz zemāku.

Fotona spins ir 1, tātad tas ir bozons. Fotonam nepiemīt paātrinājums, jo tie jau sākotnēji izplatās ar gaismas ātrumu, t.i., 299 792 458 m/s.