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Fotone

In fisica, un fotone Ť un quanto di eccitazione del campo elettromangetico quantizzato. E' considerato una delle particelle elemenari del modello standard.

Normalmente Ť associato al simbolo γ (gamma) anche se nella fisica delle alte energie viene usato solo per i fotoni ad alta energia (i fotoni con livello di energia immediatamente inferiore ad esempio vengono indicati con X e chiamati raggi X).

I fotoni vengono spesso liberamente associati con la luce, alla quale sono correlati solo per uno stretto spettro di frequenze. Ma anche qui, la luce si incontra comunemente allo stato quantico, che non corrisponde a fotoni puri, ma a superposizioni di differenti fotoni, ivi comprese le superposizioni coerenti (dette anche stati coerenti) che descrivono la luce coerente, come quella emessa da un laser ideale, o le superposizioni caotiche (dette anche stati termici) che descrivono la luce in equilibrio termico (radiazione del corpo nero). Apparecchiature speciali come i micromaser possono creare una luce composta da fotoni puri. Lo stato quantico associato Ť lo stato di Fock indicato con |n>, che significa n fotoni nel campo elettromagnetico modale. Se il campo Ť multimodo, il suo stato quantico Ť un prodotto tensoriale degli stati fotonici, ad esempio,

con ki il possibile momento dei modi e nki il numero di fotoni in un dato modo.

I fotoni possono essere prodotti in molti modi, inclusa l'emissione da elettroni che cambiano si stato o di orbitale. Possono essere anche creati per transizione nucleare, annichilazione particella-antiparticella o qualsiasi fluttuazione del campo elettromagnetico.

Nel vuoto, i fotoni si muovono alla velocit√† della luce c, definita pari a 299.792.458 m/s (questa Ť una definizione e quindi non soffre dell'incertezza sperimentale), o circa 3x108 m/s. La relazione di dispersione Ť lineare e la costante di poporzionalit√† Ť la costante di Planck h, e portano alle utili relazioni, E = h ν (con E l'energia del fotone e ν la frequenza del fotone) e p = h ν / c (p Ť il momento). I fotoni sono ritenuti particelle fondamentali. La loro vita Ť infinita, il loro spin Ť 1 e sono quindi bosoni. Comunque, poichŤ viaggiano alla velocit√† della luce, hanno solo due proiezioni di spin, in quanto la proiezione zero richiede che il fotone sia fermo, e questa situazione non esiste, in accordo con la teorie della relativit√†. Hanno massa invariante pari a zero ma una quantita di energia definita (e finita) alla velocit√† della luce. Anche cos√¨, la teoria della relativit√† generale dice che sono influenzati dalla gravit√†, e questo Ť confermato dalle osservazioni.

Nella materia, si accoppiano alle eccitazioni del mezzo e si comportano differentemente. Ad esempio quando si accoppiano ai fononi o agli eccitoni producono i polaritoni. La loro dispersione gli permette di acquisire una massa effettiva, e quindi la loro velocità scende sotto quella della luce.


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