Foton

Z Multimediaexpo.cz

Fotony emitované v podobě laseru.

Klidová hmotnost: 0 eV/c²
Elektrický náboj: 0 e
Spin: 1
Střední doba života: stabilní
Interakce: elektromagnetická síla

V částicové fyzice je foton (z řeckého φως, světlo) elementární částice, kterou popisujeme kvantum elektromagnetické energie. Bývá značen řeckým písmenem γ (gama).

Foton je částice zprostředkující elektromagnetickou interakci a řadí se tedy mezi tzv. intermediální částice.

Jeho studiem se zabývá kvantová elektrodynamika.

Vlastnosti

Všechno elektromagnetické vlnění, od radiových vln po záření gama je kvantováno na fotony, jež popisuje vlnová délka, frekvence, energie a hybnost.

Životnost fotonu je nekonečná, ve smyslu nekonečného poločasu rozpadu. Foton je tedy stabilní částicí. Fotony mohou vznikat a zanikat při interakcích.

Částicové vlastnosti elektromagnetického záření se projevují především při vysokých frekvencích (tedy při vysokých energiích fotonů), v opačném případě převažují vlnové vlastnosti elektromagnetického záření, tzn. záření se projevuje jako vlna.

Elektrický náboj fotonu je nulový.

Foton má spin roven 1, jedná se tedy o boson.

Energie, hmotnost

Foton existuje pouze v pohybu, přičemž se vždy (v souladu s postulátem speciální teorie relativity) pohybuje rychlostí světla ve vakuu. Má proto nulovou klidovou hmotnost. Důsledkem jeho neustálého pohybu je však nenulová energie, která je definovaná vztahem

\(E = hf = {hc\over\lambda}\),

kde \(h\) je Planckova konstanta, \(f\) frekvence, \(c\) je rychlost světla ve vakuu a \(\lambda\) je vlnová délka.

Na základě relativistického vztahu ekvivalence energie a hmotnosti, tzn.

\(E = m c^2\)

lze fotonu přiřadit také určitou hmotnost (nejedná se však o klidovou hmotnost, která je nulová, ale o pohybovou hmotnost), projevující se setrvačnými i gravitačními vlastnostmi. Tato energie (a tedy i hmotnost) způsobuje, že na foton působí gravitace dle obecné teorie relativity a on sám gravitačně působí na okolí. Tyto jevy byly potvrzeny pozorováním (např. pozorovaným ohybem záření kolem kosmických těles).

Hybnost fotonu

Pomocí relativistického vztahu pro energii pohybující se částice \(E = \sqrt{m_0^2c^4+p^2c^2}\) a ze skutečnosti, že klidová hmotnost fotonu je nulová, tzn. \(m_0=0\), lze hybnost fotonu \(p\) vyjádřit jako

\(p = {E\over c} = {hf\over c} = {h\over\lambda}\).

Přestože je klidová hmotnost fotonu nulová, můžeme určit jeho relativistickou hmotnost z předchozího vztahu. Pokud uvážíme, že \(p=mc\), dostaneme

\(m = {hf\over c^2} = {h\over c\lambda}\)

Vznik

Fotony vznikají mnoha způsoby, například vyzářením při přechodu elektronu mezi orbitálními hladinami, či při anihilaci částic.

Speciální přístroje jako maser a laser mohou vytvořit koherentní svazek záření.

Související články

• Elektromagnetická interakce
• Elementární částice
• Intermediální částice

Externí odkazy