Photon

Photonen (aus dem Griechischen φως, was Licht bedeutet) sind in vielen Atommodellen der Physik Teilchen, die Licht durchlassen. Mit anderen Worten: Licht wird von Photonen über den Raum getragen. Das Photon ist ein Elementarteilchen, das sein eigenes Antiteilchen ist. In der Quantenmechanik hat jedes Photon ein charakteristisches Energiequantum, das von der Frequenz abhängt: Ein Photon, das mit Licht einer höheren Frequenz assoziiert wird, hat mehr Energie (und wird mit Licht einer kürzeren Wellenlänge assoziiert).

Photonen haben eine Ruhemasse von 0 (Null). Die Relativitätstheorie von Einstein besagt jedoch, dass sie eine gewisse Eigendynamik haben. Bevor das Photon seinen Namen erhielt, hat Einstein den Vorschlag wiederbelebt, dass Licht aus einzelnen Energieteilchen (Teilchen) besteht. Diese Teilchen wurden als Photonen bekannt.

Ein Photon erhält üblicherweise das Symbol γ (Gamma),

Ein Laser emittiert Photonen.

Eigenschaften

Photonen sind fundamentale Teilchen. Obwohl sie erzeugt und zerstört werden können, ist ihre Lebensdauer unendlich.

In einem Vakuum bewegen sich alle Photonen mit der Lichtgeschwindigkeit c, die 299.792.458 Metern (etwa 300.000 Kilometer) pro Sekunde entspricht.

Ein Photon hat eine bestimmte Frequenz, die seine Farbe bestimmt. Die Funktechnik nutzt die Frequenz in hohem Maße. Außerhalb des sichtbaren Bereichs wird die Frequenz weniger diskutiert, z.B. wird sie wenig zur Unterscheidung zwischen Röntgenphotonen und Infrarot verwendet. Die Frequenz ist äquivalent zur Quantenenergie des Photons, wie sie durch die Planck'sche Konstantengleichung in Beziehung steht,

E = h f {\Anzeigestil E=hf} $E=hf$ ,

wobei E {\Anzeigestil E} $E$ die Energie des Photons, h {\Anzeigestil h} $h$ die Plank-Konstante und f {\Anzeigestil f} die Frequenz des mit dem Photon assoziierten Lichts ist. Diese Frequenz, f {\Anzeigestil f} , wird typischerweise in Zyklen pro Sekunde oder äquivalent in Hz gemessen. Die Quantenenergie verschiedener Photonen wird oft in Kameras und anderen Geräten verwendet, die sichtbare und höhere als sichtbare Strahlung verwenden. Das liegt daran, dass diese Photonen energiereich genug sind, um Atome zu ionisieren.

Eine weitere Eigenschaft eines Photons ist seine Wellenlänge. Die Frequenz f {\Anzeigeart f} , die Wellenlänge und die Lichtgeschwindigkeit c {\Anzeigeart c} $c$ sind durch die Gleichung miteinander verbunden,

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

wobei λ {\displaystyle \lambda } $\lambda$ (Lambda) ist die Wellenlänge oder die Länge der Welle (typischerweise in Metern gemessen).

Eine weitere wichtige Eigenschaft eines Photons ist seine Polarität. Wenn Sie ein riesiges Photon direkt auf Sie zukommen sehen, könnte es als ein Schwad erscheinen, der vertikal, horizontal oder irgendwo dazwischen peitscht. Polarisierte Sonnenbrillen verhindern, dass Photonen, die auf und ab schwingen, vorbeiziehen. Auf diese Weise reduzieren sie die Blendung, da Licht, das von Oberflächen abprallt, dazu neigt, in diese Richtung zu fliegen. Flüssigkristallanzeigen verwenden die Polarität auch zur Steuerung des Lichtdurchgangs. Einige Tiere können die Lichtpolarisation sehen.

Schließlich hat ein Photon eine Eigenschaft, die Spin genannt wird. Der Spin hängt mit der zirkularen Polarisation des Lichts zusammen.

Photonen-Wechselwirkungen mit Materie

Licht wird oft erzeugt oder absorbiert, wenn ein Elektron Energie gewinnt oder verliert. Diese Energie kann in Form von Wärme, kinetischer Energie oder in anderer Form vorliegen. Zum Beispiel verwendet eine Glühbirne Wärme. Die Zunahme der Energie kann ein Elektron in einer Schale, die als "Valenz" bezeichnet wird, um eine Stufe nach oben drücken. Dadurch wird es instabil, und wie alles andere auch, möchte es sich im niedrigsten Energiezustand befinden. (Wenn es verwirrend ist, sich im niedrigsten Energiezustand zu befinden, nehmen Sie einen Bleistift und lassen Sie ihn fallen. Sobald der Bleistift auf dem Boden liegt, wird er sich in einem niedrigeren Energiezustand befinden). Wenn das Elektron in einen niedrigeren Energiezustand zurückfällt, muss es die Energie abgeben, die es getroffen hat, und es muss der Energieerhaltung gehorchen (Energie kann weder erzeugt noch zerstört werden). Elektronen geben diese Energie als Photonen ab, und bei höheren Intensitäten kann dieses Photon als sichtbares Licht gesehen werden.

Photonen und die elektromagnetische Kraft

In der Teilchenphysik sind Photonen für die elektromagnetische Kraft verantwortlich. Der Elektromagnetismus ist eine Idee, die Elektrizität mit Magnetismus verbindet. Eine übliche Art und Weise, wie wir Elektromagnetismus in unserem täglichen Leben erleben, ist Licht, das durch Elektromagnetismus verursacht wird. Der Elektromagnetismus ist auch für die Ladung verantwortlich, was der Grund dafür ist, dass man seine Hand nicht durch einen Tisch drücken kann. Da Photonen das krafttragende Teilchen des Elektromagnetismus sind, sind sie auch Eichbosonen. Es wird angenommen, dass einige Materie, die so genannte dunkle Materie, vom Elektromagnetismus nicht beeinflusst wird. Das würde bedeuten, dass dunkle Materie nicht geladen ist und kein Licht abgibt.

Fragen und Antworten

F: Was ist ein Photon?

A: Ein Photon ist ein Elementarteilchen, das Licht aussendet und sein eigenes Antiteilchen ist.

F: Wie hängt die Energie eines Photons von der Frequenz ab?

A: Die Energie eines Photons hängt von seiner Frequenz ab, wobei Photonen mit höherer Frequenz mehr Energie haben und mit kürzeren Wellenlängen verbunden sind.

F: Wer hat vorgeschlagen, dass Licht aus einzelnen Energieteilchen (Partikeln) besteht?

A: Albert Einstein schlug vor, dass Licht aus einzelnen Energiestücken (Teilchen) besteht.

F: Welches Symbol wird in der Regel zur Darstellung eines Photons verwendet?

A: Das Symbol م (Gamma) wird in der Regel für ein Photon verwendet.

F: Hat ein Photon eine Masse?

A: Nein, Photonen haben keine Ruhemasse. Nach Einsteins Relativitätstheorie haben sie jedoch einen Impuls.