Foton

Elementární
částice

leptony
e	μ	τ
ν_e	ν_μ	ν_τ

kvarky
d	s	b
u	c	t

intermediální částice
γ	Z⁰ W^±	gluon	g

hadrony

mezony
π	K

baryony
p	n	Λ	Ω

bosony

fermiony

Foton

Zatřídění

Elementární částice

Boson

Foton

Vlastnosti

Hmotnost:	0 MeV/c²
Elektrický náboj:	0 C
Spin:	1

V částicové fyzice je foton (z řeckého φως, světlo) elementární částice, kterou popisujeme kvantum elektromagnetické energie.

Foton je částice zprostředkující elektromagnetickou interakci a řadí se tedy mezi tzv. intermediální částice.

Jeho studiem se zabývá kvantová elektrodynamika.

Obsah

1 Vlastnosti
- 1.1 Energie, hmotnost
- 1.2 Hybnost fotonu
  - 1.2.1 Příklad
2 Vznik
3 Související články

[editovat] Vlastnosti

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.

[editovat] Energie, hmotnost

Foton existuje pouze v pohybu, přičemž se vždy pohybuje rychlostí světla. Má proto nulovou klidovou hmotnost. Důsledkem jeho neustálého pohybu je však nenulová energie, která je definovaná vztahem

$E = h \cdot f$ ,

kde $h$ je Planckova konstanta a $f$ frekvence.

Na základě relativistického vztahu mezi energií a hmotností, tzn.

$E = m \cdot c^2$

lze fotonu přiřadit také určitou hmotnost (nejedná se však o klidovou hmotnost, která je nulová, ale o setrvačnou hmotnost související s pohybem). 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.

Podle dnešních názorů se předpokládá, že klidová hmotnost fotonu je nulová. Tento názor vyplývá z teorie relativity, podle které jakákoliv částice, která má klidovou hmotnost větší než nula, nemůže dosáhnou rychlosti světla. A protože světlo této rychlosti dosahuje, musí mít částice světla (foton) klidovou hmotnost nulovou.

Dále platí poznatek, že hmotnost a energie fotonu jsou obrazně řečeno rubem a lícem jedné mince a jako takové je nelze oddělit. Tudíž, přirovnáme-li foton k mincí, jedna strana mince je jeho energie a druhá strana je jeho hmotnost. Foton totiž nese současně jak energií, tak i hmotnost.

Výše uvedená tvrzení jsou však v protikladu. Je přece zřejmé, že světlo (fotony s různou frekvencí) má energii, ale o hmotnosti světla se mlčí. Kde a jak se vytváří hmotnost fotonů, které světlo musí mít? Nestačí jen uvádět vztah mezi energií a hmotností (E = m . c2) fotonu, ale je nutno u obou forem hmoty vysvětlit jejich význam a jak vznikají. Toto dosud není vysvětleno.

[editovat] Hybnost fotonu

Pomocí relativistického vztahu pro energii pohybující se částice $E = \sqrt{m_0^2c^4+p^2c^2}$ a ze skutečnosti, že klidová hmotnost fotonu je nulová, tzn. $m 0 = 0$ , lze hybnost fotonu $p$ vyjádřit jako

$p = \frac{h\nu}{c} = \frac{h}{\lambda}$ ,

kde $λ$ je vlnová délka.

Přestože je klidová hmotnost fotonu nulová, můžeme určit jeho setrvačnou hmotnost z předchozího vztahu. Pokud uvážíme, že $p = m c$ , dostaneme

$m = \frac{h\nu}{c^2} = \frac{h}{c\lambda}$

[editovat] Příklad

Příkladem využití hybnosti fotonu může být Sluneční mlýn (Crookesův mlýnek), u nějž je jedna polovina lopatky obarvena černě a druhá leskle. Foton je na černé straně pohlcen a předá lopatce mlýnu energii $E = h ν$ . Na druhé, lesklé, straně se však foton odrazí a tak předá lopatce energii dvakrát větší. Potom se tedy mlýnské kolo začne točit. Jeden foton tak předá hybnost ekvivalentní jeho energii. Z definice hybnosti jako $p = m v$ , přičemž víme, že energie fotonu je $E = h ν$ , a podle Einsteinovy rovnice ekvivalence hmoty a energie $E = m c 2$ pak dosadíme do původního vzorce $p=mc=\frac{h\nu}{c}$ . Toto je tedy hybnost předaná fotonem slunečnímu mlýnu.

[editovat] Vznik

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

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

[editovat] Související články

Tento fyzikální článek je příliš stručný nebo neobsahuje důležité informace.
Pomozte Wikipedii tím, že jej vhodně rozšíříte.

Kategorie: Elementární částice

Tento článek je převzat z české wikipedie - otevřené encyklopedie, originální článek naleznete na adrese: „http://cs.wikipedia.org/wiki/Foton“
Stránka byla naposledy upravena v Stránka byla naposledy editována 1. 9. 2008 v 06:22.
Veškerý text je dostupný za podmínek GNU Free Documentation License (Autorské právo pro podrobnosti).