Fotones: ¿Qué son?, ¿para qué se usan? y más

Los Fotones son partículas de luz, determinada como un cuanto de energía electromagnética o de luz, los Fotones en todo están en movimiento y en el vacío poseen una velocidad de luz firme para todos los presentes. ¡Conozca más acerca de este tema en este artículo!

Fotones

¿Qué son los Fotones?

Cuando pensamos en la luz, realmente no pensamos de qué está hecha, este fue en realidad el tema uno de los argumentos más importantes en física, durante mucho tiempo, los físicos y Científicos importantes intentaron determinar si la luz era una onda o una partícula.

Hubo físicos del siglo XVIII que creían firmemente que la luz estaba hecha de unidades básicas, pero ciertas propiedades como la refracción hicieron que la luz se reclasificara como una onda, se necesitaría nada menos que Einstein para resolver el problema, gracias a él y al trabajo de otros físicos de renombre, sabemos más sobre los Fotones.

Es importante destacar que los Fotones son la partícula principal de la luz, poseen una participación única tanto en una partícula como una onda, esto es lo que admite a los Fotones participaciones únicas como la alteración y la difusión, no obstante, las partículas ligeras no son exactamente lo mismo que otras partículas básicas.

Tienen características interesantes que no se observan comúnmente, primero, a partir de ahora los físicos teorizan que los Fotones no tienen masa, tienen algunas características de partículas como el momento angular, pero su frecuencia es independiente de la influencia de la masa, tampoco llevan carga.

Los Fotones son básicamente la porción más visible del espectro electromagnético, este fue uno de los principales avances que Einstein y el padre de la física cuántica, Planck hizo sobre la naturaleza de la luz, este vínculo es lo que está detrás del efecto fotoeléctrico que hace posible la energía solar.

Debido a que la luz es otra forma de energía, puede transferirse o convertirse en otros tipos, en el caso del efecto fotoeléctrico, la energía de los Fotones de luz se transfiere a través de los Fotones que chocan con los átomos de un material que da, esto hace que el átomo que se golpea pierda electrones y produzca electricidad.

Generalidades

Los Fotones jugaron un papel clave en la fundación de la física cuántica, el estudio de las propiedades de los Fotones abrió una clase completamente nueva de partículas fundamentales llamadas partículas cuánticas, gracias a los Fotones, sabemos que todas las partículas cuánticas tienen las propiedades de las ondas y las partículas, también sabemos que la energía puede medirse discretamente en una escala cuántica.

Los Fotones también jugaron un papel importante en la teoría de la relatividad de Einstein. Sin el Fotón no entenderíamos la importancia de la velocidad de la luz y con ella la comprensión de la interacción del tiempo y el espacio que produce.

Ahora sabemos que la velocidad de la luz no se puede fragmentar por medios naturales, ya que requeriría una cantidad infinita de energía, algo que no es viable en nuestro universo, entonces, sin el fotón no asumiríamos el conocimiento sobre nuestro universo que ahora tenemos.

El camino de los Fotones

Propiedades

Un fotón es una partícula neutra sin masa, el giro del fotón es la partícula es un bosón, pero debido a la masa de reposo cero, la helicidad es la característica más adecuada, la proyección del giro de la partícula en la dirección del movimiento.

La masa en reposo del fotón se considera igual a cero, según el experimento, una diferencia en la masa del fotón desde cero conduciría a la dispersión de ondas electromagnéticas en el vacío, lo que mancharía las imágenes observadas de galaxias en el cielo y justificaciones teóricas.

En la teoría del campo cuántico se manifiesta cuando la masa del fotón no es igual a cero, entonces las ondas electromagnéticas poseerían tres estados de polarización en lugar de dos, esto quiere decir que la velocidad de un fotón, como la velocidad de cualquier partícula sin masa, es igual a la velocidad de la luz.

El fotón se refiere a los bosones de calibración, está involucrado en Fuerza Electromagnética y gravitacionales, un fotón pasa parte del tiempo como una partícula virtual, un mesón vectorial o como un par virtual hadron-hadron, debido a este fenómeno, el fotón puede participar en interacciones fuertes.

La evidencia de la participación de un fotón en interacciones fuertes es la fotoproducción de mesones en protones y neutrones, así como la formación múltiple de nucleones en protones y núcleos, las secciones transversales para la fotoproducción de nucleones por protones y neutrones están muy cerca una de la otra.

Los Fotones oscuros

Los Fotones se expresan en muchos procesos naturales, así como cuando una carga eléctrica se agita con prontitud, cuando un átomo o núcleo pasa de un estado excitado a un estado con una energía más baja, o cuando se aniquila un par electrón-positrón, en los procesos inversos, excitación atómica, producción de pares electrón-positrón, se produce la hidratación de Fotones.

Fotodisociación

Es la descomposición de cualquier compuesto en Fotones, esto debido a una interacción entre uno o más Fotones con una molécula objetivo, la fotodisociación no se limita a la luz visible.

Cualquier fotón con suficiente energía puede afectar los enlaces químicos de un compuesto químico, dado que la energía de un fotón es inversamente proporcional a su longitud de onda, las ondas electromagnéticas con una energía de luz visible o superior, como la luz ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma están típicamente involucrados en tales reacciones.

Aplicaciones tecnológicas

Las fuentes fotónicas son una de las tecnologías habilitadoras más importantes para las tecnologías cuánticas, su flexibilidad ha sido una de las piedras angulares del campo, permitiendo que la teoría y el experimento en óptica cuántica y ciencia de la información cuántica progresen rápidamente de la mano.

Un solo grano de luz, una cantidad de luz, se conoce como fotón, es fácil producir muchos Fotones, cuando enciendes una luz, o si quieres algo más especial, un láser, pero estos producen estados clásicos de luz, estamos desarrollando tecnologías cuánticas que son capaces de generar un solo quanta, o quizás dos cuantos entrelazados, de luz a la vez.

Es solo en este régimen donde se puede garantizar, diseñar y explotar su naturaleza cuántica para aplicaciones emergentes, la comunicación cuántica es un área donde estas tecnologías habilitadoras clave son esenciales, pero también son útiles para sensores fotónicos o en el contexto de Internet cuántica, conectando otras tecnologías cuánticas diferentes y distantes.

Existen diversas tecnologías distintas de procesos no lineales donde los Fotones láser declinan en dos Fotones correlacionados o enredados, ya aquí hay una extensa gama de opciones, pero recientemente se ha centrado en explotar soluciones fotónicas integradas para hacerlas más escalables.

Una propiedad interesante es que, si detecta uno de los Fotones, sabe que el otro también se generó, estos se denominan fuentes de Fotones individuales anunciados, el próximo desafío son las verdaderas fuentes de Fotones individuales que emiten un fotón a pedido, cada vez que presionamos un botón.

Estos se vuelven a realizar utilizando una amplia gama de técnicas y materiales y el progreso ha sido significativo en los últimos años y ya un par de empresas europeas están vendiendo estos dispositivos.

Estructura 

Los Fotones son complejos ya que son cuantos de luz, se comportan como ondas y como partículas, las ecuaciones de Maxwell describen la luz como un campo eléctrico alterno y un campo magnético alterno que viaja a la velocidad de la luz.

Einstein demostró que el fotón tiene una naturaleza de partículas, un fotón no tiene masa, pero tiene energía y momento, como no tiene masa, debe viajar a la velocidad de la luz.

La mecánica cuántica describe los campos eléctricos y magnéticos como causados ​​por el intercambio de Fotones virtuales, por lo tanto, existe una fuerte conexión entre los Fotones y los campos eléctricos y magnéticos, los Fotones interactúan fuertemente con partículas cargadas.

Otras partículas como los electrones también pueden comportarse como partículas y ondas, los electrones se consideran partículas puntuales sin tamaño, un fotón no se comporta como una partícula puntual, se comportan como si tuvieran un tamaño relacionado con la longitud de onda.

Un buen ejemplo de esto es el reflector de malla, la puerta del horno de microondas tiene una malla metálica que evita que las microondas escapen, pero deja pasar la luz para que pueda ver el proceso de cocción, esto implica que los Fotones de microondas son demasiado grandes para pasar a través de la malla y se reflejan. Tener un tamaño implica tener una estructura.

La estructura de los Fotones deriva de la fluctuación cuántica en la teoría del campo cuántico a fermión y anti-fermión y ha sido una característica experimentalmente establecida de la electrodinámica desde el descubrimiento del positrón.

En la dispersión inelástica profunda, la virtualidad de Fotones finitos asegura que la escala de tiempo en la que tiene lugar el proceso es corta y el fotón actúa como un bosón de intercambio puntual, hacia virtualidades fotónicas más pequeñas, el fotón se vuelve casi real y en la foto producción, puede fluctuar a un estado final hadrónico.

¿El Fotón es una Onda o una Partícula?

El Fotón es una onda electromagnética, sin embargo, algunas de sus características demuestran que también se comporta como un conjunto de partículas, esto es lo que se llama dualidad onda-partícula, cuando consideramos todos los objetos de El universo microscópico.

Una onda electromagnética como la luz se trasciende sin medio material, la luz es una onda senoidal y vectorial debido a que la energía luminosa es trasladada por una onda electromagnética, se encuentra desarrollado por un campo eléctrico E y un campo magnético B perpendiculares entre sí, en fase de la misma longitud de onda y perpendiculares a la dirección de transmisión de la onda, por lo tanto, la onda de luz es perpendicular.

El Fotón en la Física de Partículas

En la mecánica newtoniana, el momento se define como el producto de la masa del objeto y su velocidad, la teoría de la relatividad generaliza esta noción a las partículas que se mueven a la velocidad de la luz, tales partículas pueden existir, tienen masa cero y su momento es la relación entre la energía de la partícula y la velocidad de la luz en el vacío.

La pregunta de país solo puede responderse teniendo en cuenta el rigor metodológico de Einstein, particularmente en el campo de los cuantos. Einstein siempre distingue estas obras de las que tratan de la relatividad, él es perfectamente consciente de avanzar en terreno delicado.

Si sus trabajos sobre relatividad, aunque muy atrevidos, responden una pregunta que ha sido debatida durante mucho tiempo, el concepto de fotón, por otro lado, se opone a una interpretación ondulatoria de la luz, aceptada durante décadas por los físicos, proponer otra visión requiere buenos argumentos, mucha precaución y gran precisión.

¿Para qué se usan los Fotones?

Tanto los Fotones como los protones se pueden usar para transferir energía en la radiocirugía, los Fotones son alícuotas discretas de energía producida en gamma o irradiación, mientras que los rayos gamma y los rayos X consisten en Fotones.

Sus Fotones se producen de diferentes maneras, los rayos gamma, utilizados en la radiocirugía Gamma Knife, utilizan Fotones creados por la desintegración radiactiva, mientras que los rayos X utilizados en la radiocirugía de acelerador lineal utilizan Fotones.

¿Cuándo apareció el concepto de fotón por primera vez?

El concepto se produjo en el año 1905 en la explicación de Albert Einstein, en el que planteó la existencia de paquetes de energía prudentes durante la transmisión de la luz, anteriormente en el año 1900, la Teoría Cuántica de Planck había preparado el camino para el concepto al explicar que la radiación de calor se expresa y atrae en mecanismos distintas, o cuantos. 

El concepto entró en uso general después del físico estadounidense Arthur Compton demostrado en 1923, con la naturaleza corpuscular de las radiografías, sin embargo, el término fotón no se usó hasta 1926, la energía de un fotón depende de la frecuencia de radiación.

Hay Fotones de todas las energías, desde rayos gamma y rayos X de alta energía, a través de la luz visible, hasta infrarrojos y ondas de radio de baja energía, todos los Fotones viajan a la velocidad de la luz.

¿Qué relación tienen los Fotones con la energía solar fotovoltaica?

La luz solar está formada de Fotones o partículas de energía solar, estos Fotones poseen cantidades versátiles de energía que pertenecen a las distintas longitudes de onda del espectro solar.

Solo los atraídos proveen energía para formar electricidad, es importante decir que cuando el material de circuito integrado atrae suficiente luz solar, los electrones se despegan de los átomos del material.

El método específico de la superficie del material en el momento de la elaboración hace que la superficie exterior de la célula sea más afín a los electrones desalojados o autónomos, de modo que los electrones migren naturalmente a la superficie de la célula.


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