Foton
|
Fotonen zijn een verschijningsvorm van elektromagnetische straling. Afhankelijk van de gebruikte meetopstelling zal straling (een vorm van energie) zich voordoen als golven of als een stroom van massaloze energiedeeltjes, fotonen. Ze worden doorgaans aangeduid met het symbool γ (de derde Griekse letter, gamma).
Licht is niets anders dan elektromagnetische straling met een energieniveau dat door bepaalde cellen in onze ogen geabsorbeerd kan worden. Licht bestaat dus ook uit fotonen.
Fotonen kunnen binnen een atoom ontstaan als een elektron naar een lagere energietoestand terugvalt en de resterende energie in de vorm van een foton uitzendt. Fotonen kunnen ook opgewekt worden bij nucleaire processen, het terugvallen van een kern uit een geëxciteerde toestand naar een lagere energietoestand, kernsplijting en kernfusie. Ook bij de interactie tussen elementaire deeltjes of het spontane verval van één elementair deeltje naar een ander kunnen fotonen vrijkomen. Wanneer een elementair deeltje en zijn antideeltje botsen, kan alle massa worden omgezet in een energierijk foton. Elk elektromagnetisch veld dat in sterkte varieert produceert ook elektromagnetische straling (en dus fotonen).
In een vacuüm bewegen fotonen zich met de lichtsnelheid c (2,99792458 × 108 meter per seconde) voort. Dat spreekt vanzelf omdat een foton geen rustmassa heeft. Volgens de wet a=F/m (versnelling omgekeerd evenredig met massa) heeft een minimale kracht tot gevolg dat een foton de hoogstmogelijke snelheid krijgt.
Licht met frequentie f bestaat uit fotonen met energie E:
- E = hf
impuls p
- p = hf / c
en de DeBroglie hypothese van impuls p
- p = h / λ
waar h de constante van Planck is (zie de dualiteit van golven en deeltjes). Terwijl fotonen zich door transparante media voortplanten, zullen ze vertragen naar gelang hun frequentie waardoor er refractie (breking) van het licht optreedt aan het grensvlak van twee transparante stoffen. Wit licht is samengesteld uit verschillende frequenties (kleuren): een spectrum.
Men zegt dat de levensduur van een foton oneindig is, een foton is dus volkomen stabiel. Echter, doordat een foton zich met de lichtsnelheid voortbeweegt, staat de interne klok stil. Zelfs als een foton een beperkte levensduur had, dan zou een foton niet de tijd krijgen om uiteen te vallen.
Wetenschappers denken dat fotonen fundamentele deeltjes zijn met een eindige energie die zich voortbewegen met de lichtsnelheid en een rustmassa van nul hebben.
Einsteins algemene relativiteitstheorie voorspelde dat de baan van fotonen door zwaartekracht wordt beïnvloed. Dit was destijds (1905) volstrekt in tegenspraak met de heersende opvattingen, maar werd later bevestigd door waarnemingen. De aanname dat fotonen steeds langs een rechte lijn bewegen moest worden aangepast naar de aanname dat fotonen langs geodeten (zie differentiaalmeetkunde) bewegen, en dat zijn in een massaloze ruimte rechte lijnen.
Zie deeltjesfysica, optica en spectroscopie.
|
|
 |
|
|---|---|---|
| Subatomair deeltje - Nucleon - Atoomkern - Atoom - Ion - Molecuul | ||
| Bosonen: | Foton - Gluon - W-boson - Z-boson - Higgs-boson - Graviton - Pion - Meson | |
| Fermionen: | Quark - Lepton - Neutrino - Elektron - Positron - Muon - Tauon - Proton - Neutron - Baryon | |
