Fotone
I fotoni (dal greco φως, che significa luce), in molti modelli atomici della fisica, sono particelle che trasmettono la luce. In altre parole, la luce è trasportata nello spazio dai fotoni. Il fotone è una particella elementare che è la sua stessa antiparticella. In meccanica quantistica ogni fotone ha un quantum caratteristico di energia che dipende dalla frequenza: Un fotone associato alla luce a una frequenza più alta avrà più energia (e sarà associato alla luce a una lunghezza d'onda più corta).
I fotoni hanno una massa a riposo di 0 (zero). Tuttavia, la teoria della relatività di Einstein dice che hanno una certa quantità di quantità di moto. Prima che il fotone ottenesse il suo nome, Einstein ha rilanciato la proposta che la luce sia costituita da pezzi separati di energia (particelle). Queste particelle vennero conosciute come fotoni.
A un fotone viene solitamente dato il simbolo γ (gamma),
Un laser emette fotoni.
Proprietà
I fotoni sono particelle fondamentali. Anche se possono essere creati e distrutti, la loro vita è infinita.
Nel vuoto, tutti i fotoni si muovono alla velocità della luce, c, che è pari a 299.792.458 metri (circa 300.000 chilometri) al secondo.
Un fotone ha una determinata frequenza, che determina il suo colore. La tecnologia radio fa un grande uso della frequenza. Al di là della gamma visibile, la frequenza è meno discussa, per esempio è poco usata nel distinguere tra fotoni X-Ray e infrarossi. La frequenza è equivalente all'energia quantica del fotone, come correlato dall'equazione della costante di Planck,
E = h f {displaystyle E=hf}
,
dove E 
è l'energia del fotone, h 
è la costante di Plank, e f 
è la frequenza della luce associata al fotone. Questa frequenza, f {displaystyle f} , è tipicamente misurata in cicli al secondo, o equivalentemente, in Hz. L'energia quantica dei diversi fotoni è spesso utilizzata nelle macchine fotografiche, e in altre macchine che utilizzano la radiazione visibile e superiore al visibile. Questo perché questi fotoni sono abbastanza energetici da ionizzare gli atomi.
Un'altra proprietà di un fotone è la sua lunghezza d'onda. La frequenza f, la lunghezza d'onda e la velocità della luce c 
sono correlate dall'equazione,
c = f λ {\displaystyle c=f\lambda } 
,
dove λ {displaystyle \lambda } 
(lambda) è la lunghezza d'onda, o lunghezza dell'onda (tipicamente misurata in metri).
Un'altra importante proprietà di un fotone è la sua polarità. Se tu vedessi un fotone gigante che viene dritto verso di te, potrebbe apparire come una striscia che oscilla verticalmente, orizzontalmente, o da qualche parte nel mezzo. Gli occhiali da sole polarizzati impediscono ai fotoni che oscillano su e giù di passare. Questo è il modo in cui riducono l'abbagliamento, poiché la luce che rimbalza sulle superfici tende a volare in quel modo. Anche gli schermi a cristalli liquidi usano la polarità per controllare quale luce passa attraverso. Alcuni animali possono vedere la polarizzazione della luce.
Infine, un fotone ha una proprietà chiamata spin. Lo spin è legato alla polarizzazione circolare della luce.
Interazioni dei fotoni con la materia
La luce viene spesso creata o assorbita quando un elettrone guadagna o perde energia. Questa energia può essere sotto forma di calore, energia cinetica o altra forma. Per esempio, una lampadina a incandescenza usa il calore. L'aumento di energia può spingere un elettrone su di un livello in un guscio chiamato "valenza". Questo lo rende instabile, e come ogni cosa, vuole essere nello stato di energia più basso. (Se l'essere nello stato di energia più basso vi confonde, prendete una matita e lasciatela cadere. Una volta a terra, la matita sarà in uno stato di energia più bassa). Quando l'elettrone scende di nuovo in uno stato di energia inferiore, deve rilasciare l'energia che lo ha colpito, e deve obbedire alla conservazione dell'energia (l'energia non può essere né creata né distrutta). Gli elettroni rilasciano questa energia sotto forma di fotoni, e ad intensità più elevate, questo fotone può essere visto come luce visibile.
Fotoni e la forza elettromagnetica
Nella fisica delle particelle, i fotoni sono responsabili della forza elettromagnetica. L'elettromagnetismo è un'idea che combina l'elettricità con il magnetismo. Un modo comune in cui sperimentiamo l'elettromagnetismo nella nostra vita quotidiana è la luce, che è causata dall'elettromagnetismo. L'elettromagnetismo è anche responsabile della carica, che è la ragione per cui non si può spingere la mano attraverso un tavolo. Poiché i fotoni sono la particella portatrice di forza dell'elettromagnetismo, sono anche bosoni di gauge. Si ritiene che una certa materia, detta materia oscura, non sia influenzata dall'elettromagnetismo. Questo significherebbe che la materia oscura non ha una carica e non emette luce.
Pagine correlate
- Fisica delle particelle
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Domande e risposte
D: Che cos'è un fotone?
R: Il fotone è una particella elementare che trasmette la luce ed è la sua stessa antiparticella.
D: In che modo l'energia di un fotone dipende dalla frequenza?
R: L'energia di un fotone è correlata alla sua frequenza; i fotoni a frequenza più alta hanno più energia e sono associati a lunghezze d'onda più corte.
D: Chi ha proposto che la luce sia composta da pezzi separati di energia (particelle)?
R: Albert Einstein ha proposto che la luce è costituita da pezzi separati di energia (particelle).
D: Quale simbolo viene solitamente utilizzato per rappresentare un fotone?
R: Il simbolo م (gamma) viene solitamente utilizzato per rappresentare un fotone.
D: Un fotone ha una massa?
R: No, i fotoni non hanno una massa a riposo. Tuttavia, secondo la teoria della relatività di Einstein, hanno una quantità di moto.
