Rieth József: Anyagvilág - Háttéranyag
Tartalomjegyzékhez < Világképem < (Hadron-időszak, Sugárzás-időszak)
A fizikában fotonnak nevezzük a kvantált elektromágneses mező gerjesztésének kvantumát (legkisebb egységét).
A modern fizika területén a foton az elektromágneses
jelenségekért felelős elemi részecske. Az elektromágneses kölcsönhatás
közvetítője és a fény és a többi elektromágneses hullám minden formájáért ez
a részecske felelős. A fotonnak nulla az invariáns (nyugalmi) tömege és a c
sebessége állandó, a vákuumbeli fénysebesség. Anyag jelenlétében viszont
lelassul, vagy el is nyelődhet a frekvenciájával arányos energiát és
lendületet közvetítve. Mint minden kvantum, a fotonnak is vannak hullám- és
részecsketulajdonságai; teljesül rá a hullám-részecske kettősség.
A foton tömegtelen, Nincs elektromos töltése és nem bomlik spontán módon az üres térben. Két lehetséges polarizációs állapota van, és három folytonos paraméterrel írható le: a hullámvektorának komponenseivel, amelyet meghatároz a λ hullámhossza és terjedésének iránya. Többféle természetes folyamat során keletkezhet, például ha töltést gyorsítunk, amikor egy atom vagy egy atommag magasabb energiaszintről alacsonyabbra ugrik, vagy amikor egy részecske és az antirészecske találkozva megsemmisíti egymást. A foton elnyelése az előbbi folyamatok időben fordított változatában történhet: például részecske-antirészecske párok keltésével vagy atomok és atommagok magasabb szintre kerülésével.
Mivel a foton tömeg nélküli, ezért c-vel (vákuumbeli fénysebességgel mozog) és az E energiája és a p impulzusa a következő összefüggésben vannak egymással. Összehasonlításul a nyugalmi tömeggel rendelkező részecskék esetén a speciális relativitáselmélet szerint. Például egy részecske annihilációja az antirészecskéjével legalább két fotont kelt a következő okok miatt. A tömegközépponti rendszerben az ütköző részecskéknek nincsen lendületük, míg egyetlen fotonnak mindig van lendülete, tehát a lendületmegmaradás törvénye miatt szükséges, hogy legalább egy másik foton is keletkezzen, és így a lendületek vektori összege nulla legyen. A két foton energiája (vagy ami ugyanaz: a frekvenciája), megállapítható a négyesimpulzus megmaradásból.
A fény anyagban c-nél, a vákuumbeli fénysebességnél lassabban halad. Például a Nap magjában a fotonok olyan sokszor ütköznek, hogy a sugárzási energiának rengeteg évbe telik, míg a felszínre ér; mégis, ha a felszínre ér, csupán 8,3 percre van szüksége, hogy elérje a Földet. Az az arány, amivel a sebesség csökken, az anyag törésmutatója. A klasszikus hullámképben a lassulást lehet úgy magyarázni, hogy a fény elektromos polarizációt indukál az anyagban, és a polarizált anyag új fényt sugároz ki, amely interferál az eredetivel késleltetett hullámot hozva létre. Részecskeképben ehelyett a fotonok és az anyag kvantumgerjesztéseinek (kvázirészecskék, mint a fonon és az exciton) keveredéseiként, polaritonokként írható le; ez a polariton nem nulla effektív tömeggel rendelkezik, emiatt nem haladhat c sebességgel. A különböző frekvenciájú fény különböző sebességgel haladhat át az anyagon; ezt hívják diszperziónak.
A fotonokat elnyelhetik atommagok, atomok vagy molekulák más energiaszintre lépve át. Ha például egy fénysugárfényelnyelő anyagon halad át, akkor az áthaladó fénysugárintenzitása lecsökken, mert a fénysugárban terjedő fotonok száma is csökken. Az anyagból kilépő fénysugárban azonban csak egész számszor kevesebb foton lehet, mint a belépő sugárban.
A valódi fotonok, éppúgy mint az elektronok és a protonok, végtelen hosszú ideig élnek, ha nem kerülnek kölcsönhatásba más részecskékkel. Az úgynevezett virtuális fotonok - melyek megjelenése a határozatlansági reláció eredménye - élettartama azonban nagyon rövid. Amikor két elektron kölcsönhat egymással, virtuális foton cserélődik ki közöttük. A folyamat igen gyorsan zajlik le. Az ilyen rövid ideig létező foton tömege a határozatlansági elv értelmében nem zérus, minél rövidebb az élettartama, annál nagyobb lehet ez a tömeg. A mai nagy gyorsítókkal a proton tömegének százszorosánál nagyobb tömegű virtuális fotont is sikerült előállítani.
Tartalomjegyzékhez < Világképem < (Hadron-időszak)
--------------------------
http://hu.wikipedia.org/wiki/Foton