Photon | hiukkasia, jotka lähettävät valoa

Ominaisuudet

Fotonit ovat perushiukkasia. Vaikka niitä voidaan luoda ja tuhota, niiden elinikä on ääretön.

Tyhjiössä kaikki fotonit liikkuvat valon nopeudella c, joka on 299 792 458 metriä (noin 300 000 kilometriä) sekunnissa.

Fotonilla on tietty taajuus, joka määrittää sen värin. Radiotekniikka hyödyntää taajuutta paljon. Näkyvän alueen ulkopuolella taajuudesta puhutaan vähemmän, ja sitä käytetään esimerkiksi vain vähän röntgenfotonien ja infrapunan erottamiseen toisistaan. Taajuus vastaa fotonin kvanttienergiaa, johon liittyy Planckin vakioyhtälö,

E = h f {\displaystyle E=hf} ,

jossa E {\displaystyle E} on fotonin energia, h {\displaystyle h} on Plankin vakio ja f {\displaystyle f} on fotoniin liittyvän valon taajuus. Tämä taajuus, f {\displaystyle f} , mitataan tyypillisesti sykleinä sekunnissa tai vastaavasti Hz:nä. Eri fotonien kvanttienergiaa käytetään usein kameroissa ja muissa laitteissa, jotka käyttävät näkyvää ja näkyvää suurempaa säteilyä. Tämä johtuu siitä, että nämä fotonit ovat riittävän energisiä ionisoimaan atomeja.

Toinen fotonin ominaisuus on sen aallonpituus. Taajuus f {\displaystyle f} , aallonpituus ja valon nopeus c {\displaystyle c} liittyvät toisiinsa yhtälön avulla,

c = f λ λ {\displaystyle c=f\lambda } ,

jossa λ {\displaystyle \lambda } (lambda) on aallonpituus eli aallon pituus (tyypillisesti mitattuna metreinä).

Toinen tärkeä fotonin ominaisuus on sen napaisuus. Jos näkisit jättimäisen fotonin tulevan suoraan kohti, se voisi näkyä pystysuorana, vaakasuorana tai jossain siltä väliltä. Polarisoidut aurinkolasit estävät ylös- ja alaspäin heiluvia fotoneja kulkemasta ohi. Näin ne vähentävät häikäisyä, sillä pinnoista kimpoileva valo pyrkii lentämään tuohon suuntaan. Nestekidenäytöt käyttävät myös polariteettia ohjaamaan, mikä valo kulkee läpi. Jotkut eläimet voivat nähdä valon polarisaation.

Fotonilla on myös ominaisuus, jota kutsutaan spiniksi. Spin liittyy valon kiertopolarisaatioon.

Fotonien vuorovaikutukset aineen kanssa

Valo syntyy tai absorboituu usein, kun elektroni saa tai menettää energiaa. Tämä energia voi olla lämpöä, liike-energiaa tai muuta energiaa. Esimerkiksi hehkulamppu käyttää lämpöä. Energian lisääntyminen voi työntää elektronin yhden tason ylöspäin kuoressa, jota kutsutaan "valenssiksi". Tämä tekee siitä epävakaan, ja kuten kaikki muutkin, se haluaa olla matalimmassa energiatilassa. (Jos alhaisimmassa energiatilassa oleminen on hämmentävää, ota kynä ja pudota se. Kun kynä putoaa maahan, se on alhaisimmassa energiatilassa). Kun elektroni putoaa takaisin alempaan energiatilaan, sen on vapautettava siihen osunut energia, ja sen on noudatettava energian säilymistä (energiaa ei voi luoda eikä tuhota). Elektronit vapauttavat tämän energian fotoneina, ja suuremmilla intensiteeteillä tämä fotoni voidaan nähdä näkyvänä valona.

Fotonit ja sähkömagneettinen voima

Hiukkasfysiikassa fotonit ovat vastuussa sähkömagneettisesta voimasta. Sähkömagnetismi on ajatus, jossa yhdistyvät sähkö ja magnetismi. Yksi yleinen tapa, jolla koemme sähkömagnetismin jokapäiväisessä elämässämme, on valo, joka johtuu sähkömagnetismista. Sähkömagnetismi vastaa myös varauksesta, minkä vuoksi et voi työntää kättäsi pöydän läpi. Koska fotonit ovat sähkömagnetismin voimaa kantavia hiukkasia, ne ovat myös mittasuhdebosoneja. Sähkömagnetismin ei uskota vaikuttavan joihinkin aineisiin, joita kutsutaan pimeäksi aineeksi. Tämä tarkoittaisi, että pimeällä aineella ei ole varausta eikä se säteile valoa.

Aiheeseen liittyvät sivut

• Hiukkasfysiikka