Fotonen zijn de naam voor gekwantiseerde lichtdeeltjes of elektromagnetische straling. Albert Einstein introduceerde het begrip lichtquanta (fotonen) in een papier uit het begin van de 20e eeuw.

Fotonen zijn massaloos en voldoen niet aan de wetten voor nummerbehoud (wat betekent dat ze kunnen worden gecreëerd en vernietigd). Ze gehoorzamen echter wel aan energiebesparing.

In feite worden fotonen beschouwd als een klasse deeltjes die krachtdragers zijn. Het foton is de middelaar van de elektromagnetische kracht en fungeert als een pakket energie dat van de ene plaats naar de andere kan worden overgedragen.

Je denkt waarschijnlijk dat het nogal vreemd is om plotseling over elektromagnetische golven als deeltjes te spreken, omdat golven en deeltjes twee fundamenteel verschillende constructies lijken. Inderdaad, het is gewoon dit soort dingen dat de fysica van het heel kleine zo vreemd maakt. In de volgende paragrafen worden de noties van kwantisatie en dualiteit van deeltjesgolven in meer detail besproken.
Hoe worden elektromagnetische golven of fotonen geproduceerd?

Elektromagnetische golven zijn het gevolg van oscillaties in elektrische en magnetische velden. Als een lading langs een draad heen en weer beweegt, ontstaat er een veranderend elektrisch veld, dat op zijn beurt een veranderend magnetisch veld creëert, dat zich vervolgens voortplant.

Atomen en moleculen, die bewegende lading in de vorm bevatten van elektronenwolken, kunnen op interessante manieren met elektromagnetische straling omgaan. In een atoom mogen de elektronen alleen in zeer specifieke gekwantiseerde energietoestanden bestaan.

Als een elektron in een lagere energietoestand wil zijn, kan dit door een afzonderlijk pakket elektromagnetische straling uit te zenden van de energie af. Omgekeerd, om in een andere energietoestand te springen, moet hetzelfde elektron ook een zeer specifiek afzonderlijk pakket van energie absorberen.

De energie geassocieerd met een elektromagnetische golf hangt af van de frequentie van de golf. Als zodanig kunnen atomen alleen zeer specifieke frequenties van elektromagnetische straling absorberen en uitzenden in overeenstemming met hun bijbehorende gekwantiseerde energieniveaus. Deze energiepakketten worden fotonen genoemd.
Wat is kwantisatie?

Quantisatie
verwijst naar iets dat beperkt is tot discrete waarden versus een continu spectrum. Wanneer atomen een enkel foton absorberen of uitzenden, doen ze dat alleen met zeer specifieke gekwantiseerde energiewaarden die door de kwantummechanica worden beschreven. Dit "enkele foton" kan echt worden beschouwd als een "pakket" met een afzonderlijke golf.

Een hoeveelheid energie kan alleen worden uitgezonden in veelvouden van een elementaire eenheid (de constante h
van Planck). De vergelijking die de energie E
van een foton in verband brengt met zijn frequentie is:
E \u003d h \\ nu

Waar ν
(de Griekse letter nu) de frequentie van het foton is en Planck's constante h
\u003d 6.62607015 × 10 ^{-34 Js.
Wave-Particle Duality}

Je hoort mensen de woorden photon
en elektromagnetische straling
door elkaar, hoewel het lijkt alsof het verschillende dingen zijn. Wanneer we het over fotonen hebben, hebben mensen het meestal over de deeltjeseigenschappen van dit fenomeen, terwijl wanneer ze het hebben over elektromagnetische golven of straling, ze het hebben over golfachtige eigenschappen.

Fotonen of elektromagnetische straling vertonen wat wordt genoemd "particle-wave duality.", 3, [[In bepaalde situaties en in bepaalde experimenten vertonen fotonen deeltjesachtig gedrag. Een voorbeeld hiervan is het foto-elektrisch effect, waarbij een lichtstraal op een oppervlak de afgifte van elektronen veroorzaakt. De bijzonderheden van dit effect kunnen alleen worden begrepen als licht wordt behandeld als afzonderlijke pakketten die de elektronen moeten absorberen om te worden uitgezonden.

In andere situaties en experimenten gedragen ze zich meer als golven. Een goed voorbeeld hiervan zijn de interferentiepatronen die zijn waargenomen in experimenten met één of meerdere spleten. In deze experimenten reist licht door nauwe, dicht bij elkaar liggende spleten, die werken als meerdere in-fase lichtbronnen, en als gevolg daarvan produceert het een interferentiepatroon dat consistent is met wat u in een golf zou zien.

Zelfs vreemdeling, fotonen zijn niet het enige dat deze dualiteit vertoont. Inderdaad, alle fundamentele deeltjes, zelfs elektronen en protonen, lijken zich op deze manier te gedragen. Hoe groter het deeltje, hoe korter de golflengte en hoe minder deze dualiteit zal verschijnen. Dit is waarom je zoiets in het dagelijks leven niet merkt.