Foton

Všechno elektromagnetické vlnění, od radiových vln po záření gama, je kvantováno na fotony, jež popisuje vlnová délka, frekvence, energie a hybnost.

Životnost fotonu je nekonečná, ve smyslu nekonečného poločasu rozpadu. Foton je tedy stabilní částicí. Fotony mohou vznikat a zanikat při interakcích.

Částicové vlastnosti elektromagnetického záření se projevují především při vysokých frekvencích (tedy při vysokých energiích fotonů), v opačném případě převažují vlnové vlastnosti elektromagnetického záření, tzn. záření se projevuje jako vlna.

Elektrický náboj fotonu je nulový.

Foton má spin roven 1, jedná se tedy o boson.

Podle některých (například nobelistů jako Willis Eugene Lamb, Charles Hard Townes) nelze foton zjednodušeně považovat za reálnou částici (podobně jako fonon).^[2]

Foton existuje pouze v pohybu. Ve vakuu se vždy (v souladu s postulátem speciální teorie relativity) pohybuje rychlostí světla ve vakuu. Má proto nulovou klidovou hmotnost. Důsledkem jeho neustálého pohybu je však nenulová energie, která je definovaná vztahem

${\displaystyle E=hf={hc \over \lambda }}$ ,

kde ${\displaystyle h}$  je Planckova konstanta, ${\displaystyle f}$  frekvence, ${\displaystyle c}$  je rychlost světla ve vakuu a ${\displaystyle \lambda }$  je vlnová délka.

Na základě relativistického vztahu ekvivalence energie a hmotnosti, tzn.

${\displaystyle E=mc^{2}}$ ,

lze fotonu přiřadit také určitou hmotnost (nejedná se však o klidovou hmotnost, která je nulová, ale o pohybovou hmotnost), projevující se setrvačnými i gravitačními vlastnostmi. Tato energie (a tedy i hmotnost) způsobuje, že na foton působí gravitace dle obecné teorie relativity a on sám gravitačně působí na okolí. Tyto jevy byly potvrzeny pozorováním (např. pozorovaným ohybem záření kolem kosmických těles).

Pomocí relativistického vztahu pro energii pohybující se částice ${\displaystyle E={\sqrt {m_{0}^{2}c^{4}+p^{2}c^{2}}}}$  a ze skutečnosti, že klidová hmotnost fotonu je nulová, tzn. ${\displaystyle m_{0}=0}$ , lze hybnost fotonu ${\displaystyle p}$  vyjádřit jako

${\displaystyle p={E \over c}={hf \over c}={h \over \lambda }}$ .

Přestože je klidová hmotnost fotonu nulová, můžeme určit jeho relativistickou hmotnost z předchozího vztahu. Pokud uvážíme, že ${\displaystyle p=mc}$ , dostaneme

${\displaystyle m={hf \over c^{2}}={h \over c\lambda }}$ .

Fotony vznikají mnoha způsoby, například vyzářením při přechodu elektronu mezi orbitálními hladinami, či při anihilaci částic.

Speciální přístroje jako maser a laser mohou vytvořit koherentní svazek záření.

• Elektromagnetická interakce
• Elementární částice
• Intermediální částice
• Temný foton

•   Obrázky, zvuky či videa k tématu foton na Wikimedia Commons
•   Slovníkové heslo foton ve Wikislovníku