فوتون

فوتون نوعی ذره ابتدایی است. این کوانتوم میدان الکترومغناطیسی از جمله تابش الکترومغناطیسی مانند امواج نور و رادیو و حامل نیرو برای الکترومغناطیسی است (حتی وقتی استاتیک از طریق ذرات مجازی). جرم ثابت فوتون صفر است. در خلاء همیشه با سرعت 299،792،458 متر بر ثانیه حرکت می کند ، سرعت نور در خلاء.

مانند همه ذرات ابتدایی ، فوتون ها در حال حاضر به بهترین وجه توسط مکانیک کوانتومی توضیح داده شده و دوگانگی موج-ذره ای را نشان می دهند و خاصیت هر دو موج و ذرات را به نمایش می گذارند. به عنوان مثال ، یک فوتون منفرد ممکن است توسط یک لنز عیوب شود و تداخل موج را با خودش به نمایش بگذارد ، و می تواند به عنوان ذره ای با موقعیت یا اندازه گیری قطعی و متناسب با آن رفتار کند ، هر چند هر دو همزمان با اصل عدم قطعیت هایزنبرگ رفتار نکنند. موج فوتون و خصوصیات کوانتومی دو جنبه قابل مشاهده از یک پدیده واحد است - آنها را نمی توان با هیچ مدل مکانیکی توصیف کرد ؛  نمایانگر این خاصیت دوگانه از نور است که برخی از قسمت های موج را در نظر می گیرد که صندلی انرژی است ، ممکن نیست. کوآنتا در یک موج نوری از لحاظ مکانی بومی سازی نشده است.

مفهوم مدرن فوتون به تدریج توسط آلبرت انیشتین در اوایل قرن بیستم برای تبیین مشاهدات تجربی که متناسب با مدل موج کلاسیک نور نبود ، تدوین شد. فواید مدل فوتون این است که وابستگی فرکانس انرژی نور را به خود اختصاص داده و توانایی ماده و تابش الکترومغناطیسی را در تعادل گرمایی توضیح می دهد. مدل فوتون مشاهدات غیر عادی ، از جمله خواص تشعشعات بدن سیاه را شامل می شود ، که دیگران (خصوصاً ماکس پلانک) سعی کرده اند با استفاده از مدلهای نیمه‌کلی توضیح دهند. در آن مدل ، نور توسط معادلات ماکسول توضیح داده می شود ، اما اشیاء مادی در مقادیر کمی نور را ساطع و جذب می کنند (یعنی ، آنها فقط با مقادیر گسسته خاص انرژی را تغییر می دهند). اگرچه این مدلهای نیمه‌کلی به توسعه مکانیک کوانتومی کمک کرده ، بسیاری از آزمایشات بعدی  که با پدیده پراکندگی کامپتون از فوتونهای منفرد توسط الکترونها آغاز شد ، فرضیه انیشتین را تأیید کرد که خود نور هم کمیت است.  در دسامبر سال 1926 ، شیمیایی جسمی آمریکا ، گیلبرت نویز لوئیس در نامه ای به طبیعت نام "فوتون" را که به طور گسترده ای پذیرفته شده بود ، اختراع کرد. پس از آنکه آرتور اچ. کامپتون در سال 1927 به دلیل مطالعات پراکنده ، برنده جایزه نوبل شد ،  اکثر دانشمندان پذیرفتند که کوانتای سبک وجود مستقلی دارد و اصطلاح فوتون نیز پذیرفته شد.

در مدل استاندارد فیزیک ذرات ، فوتون ها و سایر ذرات ابتدایی به عنوان یک نتیجه ضروری از قوانین فیزیکی که دارای تقارن خاصی در هر نقطه از زمان فضایی هستند ، شرح داده شده است. خصوصیات ذاتی ذرات مانند بار ، جرم و چرخش توسط این تقارن سنج تعیین می شود. مفهوم فوتون به پیشرفتهای چشمگیری در فیزیک تجربی و نظری منجر شده است ، از جمله لیزرها ، تراکم بوز-انیشتین ، نظریه میدان کوانتومی ، و تفسیر احتمالی مکانیک کوانتومی. از آن برای فتوشیمی ، میکروسکوپ با وضوح بالا و اندازه گیری مسافت مولکولی استفاده شده است. اخیراً ، فوتون ها به عنوان عناصر رایانه های کوانتومی ، و برای برنامه های کاربردی در تصویربرداری نوری و ارتباطات نوری مانند رمزنگاری کوانتومی مورد مطالعه قرار گرفته اند.