Foton

Foton anu dipancarkeun dina berkas kohéren laser

Foton nyaéta partikel éleménter dina fénomena éléktromagnétik. Biasana foton dianggap minangka nu mawa radiasi éléktromagnétik, kawas cahaya, gelombang radio, sarta Sinar X. Foton béda jeung partikel éleménter séjénna kawas éléktron jeung quark, alatan manéhna henteu boga massa sarta dina rohangan hapa foton sok usik kalawan laju cahya, c. Foton mibanda sipat gelombang ogé partikel ("dualisme gelombang-partikel").

Minangka gelombang, hiji foton tunggal sumebar di sakumna rohang sarta némbongkeun fénomena gelombang kawas réfraksi ku lénsa sarta interférensi déstruktif sabot gelombang kapantulkeun silih musnahkeun.

Minangka partikel, foton ngan bisa interaksi jeung materi ku cara mindahkeun énergi sajumlah:

$E={\frac {hc}{\lambda }},$

di mana h nyaéta konstanta Planck, c nyaéta laju cahya, sarta \lambda nyaéta panjang gelombangna.

Sajaba énergi, partikel foton ogé mawa moméntum sarta mibanda polarisasi. Foton nurut kana hukum mékanika kuantum, anu hartina mindeng diménsi-diménsi kasebut henteu bisa diukur kalawan taliti. Biasana diménsi-diménsi kasebut didéfinisikeun minangka probabilitas pangukur polarisasi, perenah (posisi), atawa moméntum nu tangtu.

Contona, sanajan hiji foton bisa ngaéksitasi hiji molekul nu tangtu, mindeng mustahil pikeun norah saméméhna molekul mana anu baris kaéksitasi.

Gambaran foton minangka nu mawa radiasi éléktromagnétik ilahar dipaké ku para fisikawan. Tapi dina fisika téoritis hiji foton bisa dianggap minangka médiator pikin sagala rupa interaksi éléktromagnétik, kawas médan magnét sarta gaya tolak-tolakan antara muatan sajinis.

Konsép modéren foton dimekarkeun sacara berangsur-angsur antara 1905-1917 ku Albert Einstein(de)Einstein, A (1905). "Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt (trans. A Heuristic Modél of the Creation and Transformation of Light)". Annalen der Physik 17: 132–148. . Tarjamahan Basa Inggris sadia di Wikisource.(de)Einstein, A (1909). "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)". Physikalische Zeitschrift 10: 817–825. . Tarjamahan Basa Inggris sadia ti Wikisource. (de)Einstein, A (1916a). "Strahlungs-emission und -absorption nach der Quantentheorie". Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft 18: 318. (de)Einstein, A (1916b). "Zur Quantentheorie der Strahlung". Mitteilungen der Physikalischen Geselschaft zu Zürich 16: 47.  ogé Physikalische Zeitschrift, 18, 121–128 (1917). pikeun ngécéskeun pengimeutan ékspériméntal anu henteu nyumponan modél klasik pikeun cahaya. Modél foton hususna merhitungkeun gumantungna énergi cahaya kana frékuénsi, sarta ngécéskeun kamampuh materi sarta radiasi éléktromagnétik pikeun aya dina kasaimbangan termal. Fisikawan séjén mecakan ngécéskeun anomali pangimeutan ieu ku modél semiklasik, anu masih ngagunakeun persamaan Maxwell pikeun ngagambarkeun cahaya. Tapi dina modél ieu objék material anu mancarkeun sarta nyerep cahaya nu dikuantisasi. Sanajan modél-modél semiklasik ieu milu nyumbang dina mekarna mékanika kuantum, percobaan-percobaan satuluyna ngabuktikeun hipotésis Einstein yén cahaya éta sorangan anu kakuantisasi. Kuantum cahaya nyaéta foton.

Konsép foton geus mawa kamajuan dina fisika téoretis sarta ékspériméntal, kawas laser, kondénsasi Bose-einstein, téori médan kuantum, sarta interprétasi probabilistik ti mékanika kuantum. Nurutkeun modél standar fisika partikel, foton tanggung jawab dina mroduksi kabéh médan listrik sarta médan magnét.

Konsép foton dilarapkeun dina réa widang kawas fotokimia, mikroskopi résolusi luhur, sarta pangukuran jarak molekulér. Anyar-anyar ieu foton diulik minangka unsur komputer kuantum sarta pikeun aplikasi canggih dina komunikasi optik kawas kriptografi kuantum

Tata ngaran

Foton mimitina dingaranan kuantum cahaya (das Lichtquant) ku Albert Einstein. Ngaran modéren "photon" asalna tina kecap Basa Yunani pikeun cahaya φῶς, nu ditransliterasikeun jadi phôs, sarta munggaran dipaké ku kimiawan fisik Gilbert N. Lewis, anu medar téori spékulatifLewis, GN (1926). "The conservation of photons". Nature 118: 874–875.  anu nyarita: foton "henteu bisa diciptakeun atawa dibinasakeun". Sanajan téori Lewis ieu henteu bisa ditarima alatan teu saluyu jeung hasil réa percobaan, ngaran anyarna ieu, photon, gancang dipaké ku lolobana fisikawan. Isaac Asimov nyebutkeun Arthur Compton minangka jelema anu munggaran ngadéfinisikeun kuantum cahaya minangka foton dina taun 1927 [Isaac Asimov (1966). The Neutrino, Ghost Particle of the Atom. Doubleday. Isaac Asimov (1968). The Universe From Flat Earth To Quasar. Avon Books. 

Dina fisika, foton biasana dilambangkan ku γ, abjad Yunani gamma. Simbol ieu jigana asalna tina sinar gamma, anu kapanggih sarta dingaranan ku VillardVillard, P (1900). "Sur la réflexion et la réfraction des rayons cathodiques et des rayons déviables du radium". Comptes Rendus 130: 1010–1012.  (Basa Perancis)Villard, P (1900). "Sur le rayonnement du radium". Comptes Rendus 130: 1178–1179.  (Basa Perancis), sarta dibuktikeun minangka salah sahiji wangun radiasi éléktromagnétik dina taun 1914 ku Ernest Rutherford jeung Edward Andrade Rutherford, E; Andrade ENC (1914). "The Wavelength of the Soft Gamma Rays from Radium B". Philosophical Magazine 27: 854–868. 

Dina élmu kimia jeung rékayasa optik, foton biasana dilambangkan ku h $\nu$, énergi foton, h nyaéta konstanta Planck sarta abjad Yunani $\nu$ nyaéta frékuénsi foton. Rada arang kapanggih nyaéta foton dilambangkeun ku hf, f di dieu ngalambangkeun frékuénsi.

Sipat-sipat fisik

Diagram Feynman patukeurna foton virtual (dilambangkan ku gurat gelombang sarta gamma, $\gamma$) antara sasiki positron jeung éléktron.

Foton henteu boga massa. Massa foton dipercaya persis enol, didasarkeun kana alesan-alesan téoritis sarta ékspériméntal. Sawaréh sumber ogé ngarujuk kana konsép massa rélativistik, anu mangrupa énergi anu diukur dina hijian massa. Pikeun foton kalawan panjang gelombang λ atawa énergi E, ieu téh h/λc atawa E/c². Pamakéan istilah massa kawas ieu henteu deui ilahar dina pustaka ilmiah. Foton henteu mibanda muatan listrikKobychev, V V; Popov, S B (2005). "Constraints on the photon charge from observations of extragalactic sources". Astronomy Letters 31: 147–151. doi:10.1134/1.1883345. , sarta henteu murudul sacara spontan dina rohangan hapa. Hiji foton mibanda dua kaayaan polarisasi anu dimungkinkan, sarta bisa digambarkeun ku tilu paraméter: komponén-komponén véktor gelombang, anu nangtukeun panjang gelombangna ($\lambda$) sarta arah rambatanana. Foton nyaéta "boson gauge pikeun éléktromagnétisme, sarta ku sabab éta kabéh bilangan kuantum séjénna kawas bilangan lepton, bilangan baryon, jeung strangeness boga harga nu persis enol.

Foton dipancarkeun dina réa prosés alamiah, contona sabot muatan digancangkeun lajuna, waktu transisi molekulér, atomik atawa nuklir, ka tingkat énergi anu leuwih handap, atawa sabot hiji partikel jeung antipartikel tabrakan sarta silih musnahkeun. Fonton diserep dina prosés kalayan waktu mundur (time-reversed) anu patula-patali jeung anu geus disebut di luhur: contona dina produksi pasangan partikel-antipartikel, atawa dina transisi molekulér, atomik atawa nuklir, ka tingkat énergi anu leuwih luhur.

Dina rohangan hapa, foton usik kalawan laju c (laju cahaya). Énergina E sarta moméntumna p dihubungkan ku persamaan $E=pc$, di mana p mangrupa harga moméntum. Minangka babandingan, persamaan nu patali jeung massa m nyaéta $E^{2}=c^{2}p^{2}+m^{2}c^{4}$, luyu jeung téori rélativitas husus.