פוטון

פוטון
Military laser experiment.jpg
פוטונים הנפלטים בקרן קוהרנטית מלייזר
מידע כללי
הרכבחלקיק יסודי
סטטיסטיקהבוזון
קבוצת שיוךבוזון כיול
אנטי-חלקיקעצמו
סמלγ
תכונות
מסת מנוחה0 kg
0 MeV/c2
מטען חשמלי0 e
ספין1 ħ
מספר לפטוני0
מספר באריוני0
מטען צבע0
אינטראקציותאלקטרומגנטיות, הכוח החלש, כבידה
אורך חייםיציב
היסטוריה
נצפה?כן
שנת גילוי1905[1]
הכרהלשנת 1921

פֿוֹטוֹן (Photon) הוא חלקיק יסודי, הקוונטום של השדה האלקטרומגנטי לרבות קרינה אלקטרומגנטית כגון אור והכוח הנושא עבור הכוח האלקטרומגנטי. הפוטון הוא בוזון כיול חסר מסה ומטען חשמלי, בעל ספין של 1. כל פוטון נושא אנרגיה ומהווה מנה (קוונטום) של קרינה אלקטרומגנטית, לרבות אור וגלי רדיו. אנרגיית הפוטון נקבעת אך ורק לפי התדר, או לפי אורך הגל, של הפוטון (לחלופין, התדר ואורך הגל נקבעים לפי אנרגיית הפוטון). ההבדל בין אנרגיות פוטון שונות אחראי למגוון רחב של תופעות, לרבות צבעי האור הנראה, תדרים שונים של שידורי רדיו, ההבחנה בין קרינה מייננת לקרינה בלתי מייננת ועוד.

לפוטון, כמו לחלקיקים אחרים, ישנן תכונות הן של גל והן של חלקיק, תופעה המכונה "דואליות גל-חלקיק".[2] התופעות דמויות-גל שמציגים פוטונים הן, לדוגמה, שבירה על ידי עדשה והתאבכות. התכונות החלקיקיות של הפוטון הן, בין השאר, פיזור והעברת אנרגיה במנות בדידות. פוטון שעובר אינטראקציה מלאה עם אטום או עם מולקולה נבלע ומוסר, או נפלט ומקבל, את כל האנרגיה שלו תוך כך. בעקבות האינטראקציה, עוברים האטום או המולקולה עירור או יינון. עבור אור בתחום הנראה, האנרגיה הנישאת על ידי פוטון יחיד של אור ירוק היא כ-‎4×10-19ג'ול בקירוב, כמות אנרגיה המספיקה לעורר מולקולה יחידה של תא קולט אור בעין, וליצור בכך אות עצבי שהוא הבסיס הפיזיולוגי לראייה. פוטונים מקיימים מגוון רחב של אינטראקציות עם חומר, כגון אפקט קומפטון, בו משנה הפוטון את האנרגיה אותה הוא נושא ולכן גם את אורך הגל שלו, ויצירת זוג, תהליך בו אלקטרון ופוזיטרון נוצרים מפוטון בודד העובר ליד אטום כבד. פוטונים יכולים להיפלט מגרעין אטום לא יציב בצורת קרינת גמא, וכמו כן הם יכולים להיפלט על ידי חלקיקים טעונים הנמצאים בתאוצה.[3]

באלקטרודינמיקה קוונטית, הפוטון יכול לשמש כמתווך בתהליכים אלקטרומגנטיים, כלומר, האינטראקציה מתרחשת באמצעות החלפת פוטונים בין חלקיקים טעונים. למעשה, כל השדות החשמליים והמגנטיים ניתנים לתיאור באמצעות פוטונים. לפי המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים, קיום הפוטון הוא תוצאה של הדרישה כי לחוקים הפיזיקליים תהיה סימטריה מסוימת בכל נקודה במרחב-זמן. תכונות הפוטונים, כגון מטען חשמלי, מסה וספין, נקבעות על ידי מאפייני סימטריה זו (סימטריית כיול).

הרעיון כי האור נישא במנות בדידות, כלומר באמצעות פוטונים, פותח על ידי אלברט איינשטיין החל מ-1905.[4] איינשטיין פירש את הנוסחה שהציע מקס פלאנק על מנת להסביר את הספקטרום של קרינת גוף שחור:

E = hν

כאשר h הוא קבוע פלאנק. איינשטיין זיהה את E עם אנרגיית קוונט אחד של קרינה אלקטרומגנטית, שלימים נקרא פוטון, ואת ν עם תדר הקרינה. באמצעות מודל הפוטונים, הצליח איינשטיין להסביר את האפקט הפוטואלקטרי. הנוסחה E = hν מכונה נוסחת פלאנק-איינשטיין (Planck-Einstein formula). יחד עם הפיזיקאי ההודי סאטינדרה נאת בוז, איינשטיין סיפק תיאור סטטיסטי של אור, המסביר את קרינת פלאנק. בנוסף, מתוך שיקולים סטטיסטיים, הסיק איינשטיין את קיומו של מנגנון הפליטה המאולצת וכן מצא קשרים בין מקדמי הבליעה והפליטה של אור על ידי חומר.

גילוי מודל הפוטון הביא לפריצות דרך בפיזיקה הניסויית והתאורטית, כגון פיתוח הלייזרים, יצירת עיבוי בוז-איינשטיין ובאופן כללי הביא להתפתחות מכניקת הקוונטים. תחומים רבים אחרים התקדמו בזכות הבנת מושג הפוטון, כמו למשל פוטוכימיה, מיקרוסקופיה בהפרדה גבוהה ומדידת מרחקים ברמה המולקולרית. בתחילת המאה ה-21 נמצא שימוש לפוטונים בודדים במחקרים העוסקים במחשוב קוונטי וביישומי תקשורת אופטית מתקדמים, כגון הצפנה קוונטית.

תוכן עניינים

Other Languages
English: Photon
Afrikaans: Foton
العربية: فوتون
asturianu: Fotón
azərbaycanca: Foton
Boarisch: Photon
беларуская: Фатон
беларуская (тарашкевіца)‎: Фатон
български: Фотон
বাংলা: ফোটন
bosanski: Foton
català: Fotó
čeština: Foton
Cymraeg: Ffoton
dansk: Foton
Deutsch: Photon
Ελληνικά: Φωτόνιο
Esperanto: Fotono
español: Fotón
eesti: Footon
euskara: Fotoi
فارسی: فوتون
suomi: Fotoni
Võro: Foodon
français: Photon
Gaeilge: Fótón
galego: Fotón
ગુજરાતી: ફોટૉન
हिन्दी: फ़ोटोन
hrvatski: Foton
Kreyòl ayisyen: Foton
magyar: Foton
Հայերեն: Ֆոտոն
Bahasa Indonesia: Foton
Ido: Fotono
íslenska: Ljóseind
italiano: Fotone
日本語: 光子
Patois: Fuotan
Basa Jawa: Foton
ქართული: ფოტონი
қазақша: Фотон
ಕನ್ನಡ: ಫೋಟಾನ್
한국어: 광자
kurdî: Foton
Latina: Photon
Limburgs: Foton
lumbaart: Futùn
lietuvių: Fotonas
latviešu: Fotons
Malagasy: Voankazavana
македонски: Фотон
മലയാളം: ഫോട്ടോൺ
मराठी: फोटॉन
Bahasa Melayu: Foton
မြန်မာဘာသာ: ဖိုတွန်
Plattdüütsch: Photon
नेपाली: फोटोन
Nederlands: Foton
norsk nynorsk: Foton
norsk: Foton
occitan: Foton
ଓଡ଼ିଆ: ଫୋଟନ୍‌
ਪੰਜਾਬੀ: ਫ਼ੋਟੌਨ
polski: Foton
پنجابی: فوٹون
português: Fotão
română: Foton
русский: Фотон
sicilianu: Fotoni
Scots: Photon
srpskohrvatski / српскохрватски: Foton
Simple English: Photon
slovenčina: Fotón
slovenščina: Foton
shqip: Fotoni
српски / srpski: Фотон
Seeltersk: Photon
Basa Sunda: Foton
svenska: Foton
Kiswahili: Fotoni
தமிழ்: ஒளியணு
తెలుగు: ఫోటాన్
ไทย: โฟตอน
Tagalog: Photon
Türkçe: Foton
татарча/tatarça: Фотон
українська: Фотон
اردو: نوریہ
oʻzbekcha/ўзбекча: Foton
Tiếng Việt: Photon
Winaray: Photon
吴语: 光子
中文: 光子
Bân-lâm-gú: Kng-chú
粵語: 光子