Foton

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi

Fotonen er den elementarpartikel, der er ansvarlig for elektromagnetiske fænomener, eksempelvis elektromagnetisk stråling som røntgenstråling, ultraviolet lys, synligt lys, infrarødt lys, mikrobølger og radiobølger. Fotonen adskiller sig fra fra andre elementarpartikler, f.eks elektroner eller kvarker, ved at den ikke besidder nogen hvilemasse. Derfor^[kilde] bevæger den sig i vakuum med lysets hastighed, c.

Som alle kvanter besidder fotonen både bølge- og partikelegenskaber (Partikel-bølge dualitet). Bølgeegenskaberne inkluderer brydning i linser og interferens. At fotonen også besidder partikelegenskaber kommer til udtryk ved at den kun kan vekselvirke med stof ved at overføre en mængde energi givet ved

hvor h er Plancks konstant og λ er fotonens bølgelænge. I modsætning hertil kan en almindelig bølge overføre eller modtage vilkårlige mængder af energi. For synligt lys er en enkelt fotons energi omkring 4 * 10 ^{− 19} joule, en relativt lille energi, men nok til at excitere et enkelt molekyle i øjets fotoreceptorer og dermed bidrage til synssansen.

Udover at have en energi har fotoner også en impuls og en polarisering. Eftersom fotonen følger kvantemekanikkens love, er det ofte tilfældet at de dens egenskaber ikke har veldefinerede værdier. Derimod er de beskrevet ved en sandsynlighed for at måle en bestemt polarisering, position, eller impuls. Selvom en foton er i stand til at excitere et enkelt molekyle, er det f.eks. ofte ikke muligt på forhånd at bestemme hvilket molekyle, der bliver exciteret.

Fysikere benytter ofte beskrivelsen af en foton, som en partikel der bærer elektromagnetisk stråling. Indenfor teoretisk fysik kan fotonen dog også betragtes som formidler af enhver type elektromagnetisk vekselvirkning, eksempelvis magnetfelter og elektrisk frastødning/tiltrækning mellem elektrisk ladede partikler.

Fotonen som koncept blev udviklet gradvis omkring årene 1905-07 af Albert Einstein for at forklare eksperimentelle observationer, der ikke stemte overens med den klassiske bølgebeskrivelse af lys. Specifikt forklarede foton-modellen lys' energis afhængighed af frekvens, samt stof og strålings evne til at være i termisk ligevægt. Andre fysikere forsøgte at forklare disse observationer med semiklassiske modeller, hvor lys stadig blev beskrevet ved Maxwells ligninger, men hvor de materialer der udsendte og absorberede lyset var kvantiserede. Disse modeller medvirkede til udviklingen af kvantemekanikken, men yderligere forsøg underbyggede Einsteins hypotese om at lyset er kvantiseret. Lyskvanterne er fotoner.

Fotonkonceptet har ledt til store fremskridt indenfor både eksperimentel og teoretisk fysik, f.eks. laser, Bose-Einstein-kondensat og kvantefeltteori. Ifølge standardmodellen for partikelfysik er ligger fotoner til grund for alle elektriske og magnetiske felter og de er selv et produkt af kravet om at de fysiske love har visse symmetrier for ethvert punkt i rumtiden. Fotonens indbyggede egenskaber --ladning, masse og spin -- er bestemt ud fra disse symmetrier.

I 2007 lykkedes det at fastholde og måle tilstedeværelsen af en mikrobølgefoton i op til et halvt sekund mellem to superledende spejle. ^[1]

[redigér] Kilder/referencer

1. ↑ Centre National De La Recherche Scientifique (2007, April 2). Life And Death Of A Photon 'Filmed' For The First Time. ScienceDaily. Retrieved March 22, 2008 Citat: "...A photon is an elementary particle of light. In general it can only be observed when it disappears...The end result is that the atom changes to state 1 if the cavity contains a photon and remains at state 0 if it is empty, as in the standard method. However, this time the energy absorbed by the atom is taken from the auxiliary field and not from that of the cavity. As a result, the photon is still there after having been seen, and is ready to be measured again...Suddenly the atoms appear in state 1, showing that a photon has been trapped between the mirrors. The photon comes from the residual thermal radiation which surrounds the cavity..The moments at which the photons appear and disappear reveal the quantum jumps of light, which occur at random..."

[redigér] Se også

• Elementarpartikel
• Kvantemekanik
• Fotonisk krystal

Det elektromagnetiske spektrum (lave til høje frekvenser):

Lave frekvenser: Radiobølger

ELF | VF | VLF | LF (Langbølgebåndet) | MF (Mellembølgebåndet) | Kortbølgebåndet (HF) | VHF (TV via VHF bånd I, FM via VHF bånd II, TV via VHF bånd III) | UHF (TV via UHF bånd V, TV via UHF bånd IV) | SHF (DBS) | EHF

Høje frekvenser: Lys og Stråling

IR (FIR, IIR, MIR, NIR) | Synligt lys | UV (NUV, EUV) | SX | HX | γ

Relaterede emner:

Sollys | Termisk energi | Fotosyntese | Solenergi | Solcelle | Solvarme | Solen | Radioantenne | Radiofoni

[redigér] Eksterne henvisninger

• Webarchive backup: En lyspartikel med identitetsproblemer (humoristisk tegning)
• Number 523 #2, February 1, 2001, AIP: How Light Gets Through Tiny Holes Citat: "...Now, two research collaborations independently explain the results by showing that plasmons (themselves collective objects) and the photons of light form a composite object, known as a "surface plasmon polariton."..."
• 'Energy-sucking' Radio Antennas, N. Tesla's Power Receiver Citat: "...The truth is quite strange...By manipulating the EM fields, we can force an electrically-small receiving antenna to behave as if it was very, VERY large...In theory a tiny loop antenna can work as well as a longwire 1/2-wave antenna which is 10KM long...The energy doesn't vanish, instead it ends up INSIDE the atom. By resonantly creating an "anti-wave", the tiny atom has "sucked energy" out of the enormously long light waves as they go by...When all is said and done, our oscillating coil has absorbed half of the incoming EM energy and re-emitted (or "scattered") the rest..."
  • C. F. Bohren, "How can a particle absorb more than the light incident on it?", Am J Phys, 51 #4, pp323 Apr 1983 Citat: "...A particle can indeed absorb more than the light incident on it...In the former, strong absorption is associated with excitation of surfaces plasmons; in the latter it is associated with excitation of surface phonons. In both instances, the target area a particle presents to incident light can be much greater than its geometrical cross-sectional area...."
  • Regeneration revisited. The Tesla Connection by Gary L. Peterson Citat: "...So it may be said that Tesla anticipated the technique of regenerative feedback to increase detector sensitivity...A detailed description of how the negative resistance, negative inductance circuit works, including a differential form of the active antenna circuit and other pertinent information, can be found in U.S. Patent No. 5,296,866, Mar. 22, 199..."