L fotoni Tās ir gaismas daļiņas, kas noteiktas kā elektromagnētiskās enerģijas jeb gaismas kvants.Fotoni ir kustībā it visā un vakuumā tiem ir vienmērīgs gaismas ātrums visiem klātesošajiem. Uzziniet vairāk par šo tēmu šajā rakstā!
Kas ir fotoni?
Kad mēs domājam par gaismu, mēs īsti nedomājam par to, no kā tā ir izgatavota, patiesībā tas ilgu laiku bija viens no svarīgākajiem fizikas argumentiem, un fiziķi un Svarīgi zinātnieki viņi mēģināja noteikt, vai gaisma ir vilnis vai daļiņa.
Bija XNUMX. gadsimta fiziķi, kuri stingri uzskatīja, ka gaisma sastāv no pamatvienībām, taču noteiktas īpašības, piemēram, refrakcija, izraisīja gaismas pārklasificēšanu par vilni, tāpēc problēmas atrisināšanai būs vajadzīgs neviens cits kā Einšteins, pateicoties viņam un darbam No citas. slaveni fiziķi, mēs zinām vairāk par fotoniem.
Ir svarīgi atzīmēt, ka fotoni ir galvenā gaismas daļiņa, tiem ir unikāla līdzdalība gan daļiņā, gan viļņā, kas ļauj fotoni unikālas iesaistes, piemēram, izmaiņas un difūzija, tomēr gaismas daļiņas nav tieši tādas pašas kā citas pamata daļiņas.
Viņiem ir interesantas īpašības, kuras parasti nenovēro, pirmkārt, jau tagad fiziķi teorētiski apgalvo, ka fotoni ir bezmasas, tiem ir daži daļiņu raksturlielumi, piemēram, leņķiskais impulss, bet to biežums nav atkarīgs no masas ietekmes, tie arī nenes lādiņu.
Fotoni būtībā ir visredzamākā elektromagnētiskā spektra daļa, tas bija viens no lielākajiem sasniegumiem, ko Einšteins un kvantu fizikas tēvs Planks veica attiecībā uz gaismas dabu, šī saite ir aiz fotoelektriskā efekta, kas padara iespējamu saules enerģiju. .
Tā kā gaisma ir cits enerģijas veids, to var pārnest vai pārveidot citos veidos, fotoelektriskā efekta gadījumā gaismas fotonu enerģija tiek pārnesta caur fotoni kas saduras ar noteikta materiāla atomiem, tas izraisa trieciena rezultātā iegūto atomu elektronu zaudēšanu un elektrības ražošanu.
Vispārības
Fotoniem bija galvenā loma kvantu fizikas izveidē, fotonu īpašību izpēte pavēra pilnīgi jaunu fundamentālo daļiņu klasi, ko sauc par kvantu daļiņām. fotoni, mēs zinām, ka visām kvantu daļiņām ir viļņu un daļiņu īpašības, mēs arī zinām, ka enerģiju var diskrēti izmērīt kvantu skalā.
Fotoniem bija svarīga loma arī Einšteina relativitātes teorijā. Bez viņa Fotons mēs nesaprastu gaismas ātruma nozīmi un līdz ar to izpratni par laika un telpas mijiedarbību, ko tas rada.
Tagad mēs zinām, ka gaismas ātrumu nevar sadalīt ar dabiskiem līdzekļiem, jo tam būtu nepieciešams bezgalīgs enerģijas daudzums, kas mūsu Visumā nav iespējams, tāpēc bez fotona mēs nevarētu pieņemt zināšanas par mūsu Visumu. tagad ir.
īpašības
Fotons ir bezmasas neitrāla daļiņa, fotona spins ir daļiņa ir bozons, bet nulles miera masas dēļ vispiemērotākā pazīme ir spirāle, daļiņas spina projekcija kustības virzienā.
Fotona atlikušā masa tiek uzskatīta par vienādu ar nulli, saskaņā ar eksperimentu fotona masas atšķirība no nulles izraisītu elektromagnētisko viļņu izkliedi vakuumā, kas notraipītu novērotos galaktiku attēlus debesīs un teorētiskie pamatojumi .
Kvantu lauka teorijā tas izpaužas, kad fotona masa nav vienāda ar nulli, tad elektromagnētiskajiem viļņiem būtu trīs polarizācijas stāvokļi, nevis divi, tas nozīmē, ka fotona ātrums, tāpat kā jebkuras daļiņas ātrums bez masa ir vienāda ar gaismas ātrumu.
Fotons attiecas uz kalibrēšanas bozoniem, tas ir iesaistīts elektromagnētiskais spēks un gravitācijas dēļ fotons daļu laika pavada kā virtuāla daļiņa, vektora mezons vai kā virtuāls hadrona-hadrona pāris, šīs parādības dēļ fotons var piedalīties spēcīgā mijiedarbībā.
Pierādījums fotona dalībai spēcīgā mijiedarbībā ir mezonu fotoprodukcija protonos un neitronos, kā arī daudzkārtēja nukleonu veidošanās protonos un kodolos, šķērsgriezumi nukleonu fotoproducēšanai ar protoniem un neitroniem ir ļoti tuvi katram no tiem. cits.otrs.
Fotoni izpaužas daudzos dabiskos procesos, piemēram, kad elektriskais lādiņš tiek strauji maisīts, kad atoms vai kodols pāriet no ierosinātā stāvokļa uz stāvokli ar zemāku enerģiju vai kad elektronu-pozitronu pāris iznīcina, apgrieztos procesos. notiek atomu ierosme, elektronu-pozitronu pāru veidošanās, fotonu hidratācija.
Fotodisociācija
Tā ir jebkura savienojuma sadalīšanās fotoniTā kā viens vai vairāki fotoni mijiedarbojas ar mērķa molekulu, fotodisociācija neaprobežojas tikai ar redzamo gaismu.
Jebkurš fotons ar pietiekamu enerģiju var ietekmēt ķīmiskā savienojuma ķīmiskās saites, jo fotona enerģija ir apgriezti proporcionāla tā viļņa garumam, parasti ir elektromagnētiskie viļņi ar redzamās gaismas enerģiju vai augstāku, piemēram, ultravioletā gaisma, zibens X un gamma stari. iesaistīti šādās reakcijās.
tehnoloģiskie pielietojumi
Fotoniskie avoti ir viena no svarīgākajām kvantu tehnoloģiju pamattehnoloģijām, to elastība ir bijusi viens no nozares stūrakmeņiem, ļaujot teorijai un eksperimentiem kvantu optikā un kvantu informācijas zinātnē strauji progresēt roku rokā.
Viens gaismas grauds, gaismas daudzums ir pazīstams kā fotons, ir viegli radīt daudzus fotonus, kad jūs spīdat gaismu vai, ja vēlaties kaut ko īpašāku, lāzeru, bet tie rada klasiskus gaismas stāvokļus, mēs izstrādā kvantu tehnoloģijas, kas spēj radīt vienu gaismas kvantu vai, iespējams, divus sapinušos gaismas kvantus vienlaikus.
Tikai šajā režīmā kvantu komunikācija var tikt garantēta, izstrādāta un izmantota jaunām lietojumprogrammām, un tās kvantu raksturs ir joma, kurā šīs galvenās pamattehnoloģijas ir būtiskas, taču tās ir noderīgas arī fotoniskajiem sensoriem vai kvantu interneta kontekstā. , savienojot citas dažādas un attālas kvantu tehnoloģijas.
Ir dažādas dažādas nelineāro procesu tehnoloģijas, kurās fotoni lāzers sadalās divos korelētos vai sapinušos fotonos, šeit jau ir plašs iespēju klāsts, taču nesen tā ir koncentrējusies uz integrētu fotonisko risinājumu izmantošanu, lai padarītu tos mērogojamākus.
Interesants īpašums ir tas, ka, ja konstatējat vienu no fotoniem, par kuriem zināt, ka arī otrs ir ģenerēts, tos sauc par reklamētajiem viena fotona avotiem. Nākamais izaicinājums ir patiesi viena fotona avoti, kas izstaro fotonu pēc pieprasījuma, katru reizi nospiežot pogu.
Tie atkal ir izgatavoti, izmantojot plašu metožu un materiālu klāstu, un pēdējos gados ir bijis ievērojams progress, un jau pāris Eiropas uzņēmumi pārdod šīs ierīces.
Struktūra
L fotoni tie ir sarežģīti, jo tie ir gaismas kvanti, tie darbojas kā viļņi un kā daļiņas, Maksvela vienādojumi apraksta gaismu kā mainīgu elektrisko lauku un mainīgu magnētisko lauku, kas pārvietojas ar gaismas ātrumu.
Einšteins parādīja, ka fotonam ir daļiņu daba, fotonam nav masas, bet tam ir enerģija un impulss, jo tam nav masas, tam jāpārvietojas ar gaismas ātrumu.
Kvantu mehānika apraksta, ka elektriskie un magnētiskie lauki rodas virtuālo fotonu apmaiņas rezultātā, tāpēc starp fotoniem un elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem ir cieša saikne, fotoni spēcīgi mijiedarbojas ar lādētām daļiņām.
Citas daļiņas, piemēram, elektroni, var arī uzvesties kā daļiņas un viļņi, elektroni tiek uzskatīti par punktveida daļiņām bez izmēra, fotons nedarbojas kā punktveida daļiņas, tie uzvedas tā, it kā to izmērs būtu saistīts ar viļņa garumu.
Labs piemērs tam ir režģa atstarotājs, mikroviļņu krāsns durvīm ir metāla siets, kas neļauj mikroviļņiem izkļūt, bet ielaiž gaismu, lai jūs varētu redzēt gatavošanas procesu, tas nozīmē, ka mikroviļņu krāsnis fotoni mikroviļņi ir pārāk lieli, lai izietu cauri tīklam, un tie atspīd. Ja ir izmērs, tas nozīmē, ka ir struktūra.
Fotonu struktūra izriet no kvantu svārstībām fermiona un antifermiona kvantu lauka teorijā, un tā ir bijusi eksperimentāli noteikta elektrodinamikas iezīme kopš pozitrona atklāšanas.
Dziļā neelastīgā izkliedē ierobežotā fotona virtualitāte nodrošina, ka laika skala, kurā process notiek, ir īss un fotons darbojas kā punktu apmaiņas bozons, pretī mazākām fotonu virtualitātēm fotons kļūst gandrīz reāls un fotoproducēšanā tas var svārstīties līdz galīgais hadroniskais stāvoklis.
Vai fotons ir vilnis vai daļiņa?
Fotons ir elektromagnētisks vilnis, tomēr daži tā raksturlielumi liecina, ka tas arī uzvedas kā daļiņu kopums, to sauc par viļņu-daļiņu dualitāti, ja ņemam vērā visus mikroskopiskā Visuma objektus.
Elektromagnētiskais vilnis, piemēram, gaisma pārspēj bez materiālās vides, gaisma ir sinusoidāls vilnis un vektors, jo gaismas enerģiju pārnes elektromagnētiskais vilnis, to attīsta elektriskais lauks E un magnētiskais lauks B, kas ir perpendikulāri viens otram. , vienāda viļņa garuma fāzē un perpendikulāri viļņa pārraides virzienam, tāpēc gaismas vilnis ir perpendikulārs.
Fotons daļiņu fizikā
Ņūtona mehānikā impulsu definē kā objekta masas un tā ātruma reizinājumu, relativitātes teorija šo jēdzienu vispārina attiecībā uz daļiņām, kas pārvietojas ar gaismas ātrumu, šādas daļiņas var pastāvēt, tām ir nulle masa un tā impulss ir daļiņas enerģijas attiecība pret gaismas ātrumu vakuumā.
Uz jautājumu par valsti var atbildēt, tikai ņemot vērā Einšteina metodoloģisko stingrību, jo īpaši kvantu jomā. Einšteins vienmēr atšķir šos darbus no tiem, kas nodarbojas ar relativitāti, viņš lieliski apzinās, ka virzās uz trauslas zemes.
Ja viņa darbi par relativitāti, kaut arī ļoti drosmīgi, atbild uz ilgu laiku apspriestu jautājumu, fotona jēdziens, no otras puses, iebilst pret gaismas viļņu interpretāciju, ko fiziķi ir pieņēmuši gadu desmitiem, piedāvājot citu redzējumu. prasa labus argumentus, lielu piesardzību un lielu precizitāti.
Kam tiek izmantoti fotoni?
Radioķirurģijā enerģijas pārnešanai var izmantot gan fotonus, gan protonus, fotoni tās ir atsevišķas gamma vai apstarošanas rezultātā iegūtas enerģijas alikvotas daļas, savukārt gamma stari un rentgena stari sastāv no fotoniem.
To fotoni tiek ražoti dažādos veidos, gamma staros, ko izmanto gamma naža radioķirurģijā, tiek izmantoti radioaktīvās sabrukšanas radītie fotoni, savukārt lineārā paātrinātāja radioķirurģijā izmantotie rentgena stari izmanto fotonus.
Kad pirmo reizi parādījās fotona jēdziens?
Koncepcija radās 1905. gadā Alberta Einšteina skaidrojumā, kurā viņš izvirzīja piesardzīgu enerģijas pakešu esamību gaismas pārraides laikā, agrāk 1900. gadā, Kvantu Planka teorija bija pavēris ceļu koncepcijai, paskaidrojot, ka siltuma starojums tiek izteikts un piesaistīts dažādos mehānismos jeb kvantos.
Šis jēdziens tika plaši izmantots pēc tam, kad amerikāņu fiziķis Arturs Komptons 1923. gadā demonstrēja rentgenogrammu korpuskulāro raksturu, tomēr termins fotons tika lietots tikai 1926. gadā, fotona enerģija ir atkarīga no starojuma frekvences.
Ir visu enerģiju fotoni, sākot no augstas enerģijas gamma stariem un rentgena stariem, caur redzamo gaismu un beidzot ar zemas enerģijas infrasarkanajiem un radioviļņiem. fotoni Viņi pārvietojas ar gaismas ātrumu.
Kādas attiecības fotoniem ir ar fotoelektrisko saules enerģiju?
Saules gaismu veido fotoni vai saules enerģijas daļiņas, šiem fotoniem ir daudzveidīgs enerģijas daudzums, kas pieder pie dažādiem Saules spektra viļņu garumiem.
Tikai piesaistītie nodrošina enerģiju elektrības veidošanai, svarīgi teikt, ka tad, kad integrālās shēmas materiāls piesaista pietiekami daudz saules gaismas, elektroni atdalās no materiāla atomiem.
Materiāla virsmas īpašā metode ražošanas laikā padara šūnas ārējo virsmu līdzīgāku pārvietotiem vai autonomiem elektroniem, lai elektroni dabiski migrētu uz šūnas virsmu.
