たくさん フォトン それらは光の粒子であり、電磁エネルギーまたは光の量子として決定されます。光子はすべての中で動いており、真空中では存在するすべての光速に対して安定した光速を持っています。 この記事でこのトピックの詳細をご覧ください！
フォトンとは何ですか？
私たちが光について考えるとき、私たちはそれが何でできているかについては実際には考えていません。これは実際、物理学で最も重要な議論のXNUMXつであり、長い間、物理学者と 重要な科学者 彼らは、光が波なのか粒子なのかを判断しようとしました。
光は基本的な単位でできていると固く信じていたXNUMX世紀の物理学者がいましたが、屈折などの特定の特性により、光は波として再分類されました。アインシュタインと他の研究者のおかげで、問題を解決するにはアインシュタイン以外の何者も必要ありませんでした。有名な物理学者である私たちは、フォトンについてもっと知っています。
光子は光の主な粒子であり、粒子と波の両方に独自の関与を持っていることに注意することが重要です。これにより、 フォトン ただし、変質や拡散などの固有の関与は、軽い粒子が他の基本的な粒子とまったく同じではありません。
それらは一般的に観察されない興味深い特性を持っています。まず、現在の物理学者は、光子は質量がなく、角運動量などの粒子特性を持っていると理論付けていますが、周波数は質量の影響に依存せず、電荷も運びません。
光子は基本的に電磁スペクトルの最も目に見える部分です。これはアインシュタインと量子物理学の父であるプランクが光の性質について行った大きな進歩のXNUMXつでした。このリンクは、太陽エネルギーを可能にする光電効果の背後にあるものです。 。
光は別の形のエネルギーであるため、他のタイプに伝達または変換することができます。光電効果の場合、光の光子のエネルギーは、 フォトン 特定の材料の原子と衝突すると、衝突した原子が電子を失い、電気を生成します。
一般論
光子は量子物理学の創設において重要な役割を果たしました。光子の特性の研究は、量子粒子と呼ばれるまったく新しいクラスの基本粒子を開きました。 フォトン、私たちはすべての量子粒子が波動と粒子の特性を持っていることを知っています。また、エネルギーを量子スケールで慎重に測定できることも知っています。
光子はアインシュタインの相対性理論でも重要な役割を果たしました。 彼なし 光子 私たちは光速の重要性を理解せず、それによって光が生み出す時間と空間の相互作用を理解することはできません。
光の速度は、無限のエネルギーを必要とするため、自然な手段では分解できないことがわかりました。これは、私たちの宇宙では実現不可能なことです。したがって、光子がなければ、私たちは宇宙についての知識を持っているとは思いません。今持っています。
プロパティ
光子は質量のない中性粒子であり、光子のスピンは粒子がボソンであるが、静止質量がゼロであるため、ヘリシティが最も適切な特徴であり、粒子のスピンを運動方向に投影する。
実験によれば、光子の残りの質量はゼロに等しいと見なされ、光子の質量がゼロと異なると、真空中で電磁波が散乱し、空の銀河の観測画像が汚れます。および理論的正当化。
場の量子論では、光子の質量がゼロに等しくない場合に現れます。その場合、電磁波はXNUMXつではなくXNUMXつの偏光状態になります。これは、光子の速度が、質量は光速に等しい。
光子はキャリブレーションボソンを指し、 電磁力 重力では、光子は時間の一部を仮想粒子、ベクトル中間子、または仮想ハドロンとハドロンのペアとして費やします。この現象により、光子は強い相互作用に関与する可能性があります。
強い相互作用への光子の関与の証拠は、陽子と中性子における中間子の光生成、および陽子と原子核における核子の複数の形成であり、陽子と中性子による核子の光生成の断面はそれぞれに非常に近いその他。その他。
光子は、電荷が急速に攪拌されるとき、原子または核が励起状態からより低いエネルギーの状態に移行するとき、または電子と陽電子のペアが消滅するときなど、多くの自然なプロセスで表現されます。原子励起、電子-陽電子対の生成、光子水和が発生します。
光分解
これは、任意の化合物の分解です。 フォトンXNUMXつまたは複数の光子とターゲット分子との相互作用により、光解離は可視光に限定されません。
光子のエネルギーはその波長に反比例するため、十分なエネルギーを持つ光子は化学化合物の化学結合に影響を与える可能性があります。通常、紫外線、稲妻X、ガンマ線などの可視光以上のエネルギーを持つ電磁波があります。そのような反応に関与しています。
技術的応用
フォトニックソースは、量子技術を可能にする最も重要な技術のXNUMXつであり、その柔軟性はこの分野の基礎のXNUMXつであり、量子光学と量子情報科学の理論と実験を密接に連携させて急速に進歩させることができます。
単一の光の粒子、つまり光の量はフォトンと呼ばれ、光を当てるとき、またはより特別なもの、レーザーが必要な場合は、多くのフォトンを簡単に生成できますが、これらは古典的な光の状態を生成します。一度に単一の量子、またはおそらくXNUMXつの絡み合った光の量子を生成できる量子技術を開発しています。
量子の性質が保証され、設計され、新しいアプリケーションに活用できるのはこの体制だけです。量子通信は、これらの重要な実現技術が不可欠な分野ですが、フォトニックセンサーや量子インターネットのコンテキストでも役立ちます。 、他の異なる遠方の量子技術を接続します。
非線形プロセスにはさまざまな技術があり、 フォトン レーザーがXNUMXつの相関または絡み合った光子に減少するため、ここにはすでに幅広いオプションがありますが、最近では、統合されたフォトニックソリューションを活用してそれらをよりスケーラブルにすることに焦点を当てています。
興味深い特性は、他のフォトンも生成されたことがわかっているフォトンのXNUMXつを検出した場合、これらはアドバタイズされたシングルフォトンソースと呼ばれます。次の課題は、ボタンを押すたびにオンデマンドでフォトンを放出する真のシングルフォトンソースです。
これらもまた、幅広い技術と材料を使用して製造されており、近年、進歩が顕著であり、すでにヨーロッパの企業数社がこれらのデバイスを販売しています。
構造
たくさん フォトン それらは光の量子であるため複雑であり、波および粒子として振る舞います。マクスウェルの方程式は、光を光速で移動する交番電場および交番磁場として記述します。
アインシュタインは、光子には粒子の性質があり、光子には質量がないが、エネルギーと運動量があることを示しました。質量がないため、光速で移動する必要があります。
量子力学では、電場と磁場は仮想光子の交換によって引き起こされると説明されているため、光子と電場および磁場の間には強いつながりがあり、光子は帯電した粒子と強く相互作用します。
電子などの他の粒子も粒子や波のように振る舞うことができ、電子はサイズのない点粒子と見なされ、光子は点粒子のように振る舞わず、波長に関連するサイズを持っているかのように振る舞います。
この良い例はメッシュリフレクターです。電子レンジのドアには、電子レンジが逃げるのを防ぐ金属メッシュがありますが、光を取り入れて調理プロセスを確認できます。つまり、電子レンジは フォトン マイクロ波は大きすぎてメッシュを通過できず、反射します。 サイズを持つということは、構造を持つということです。
光子の構造は、フェルミ粒子と反フェルミ粒子の場の量子論における量子ゆらぎに由来し、陽電子の発見以来、実験的に確立された電気力学の特徴となっています。
深非弾性散乱では、有限光子仮想化により、プロセスが発生する時間スケールが短くなり、光子が点交換ボソンとして機能します。より小さな光子仮想化に向けて、光子はほぼ現実になり、光子生成では変動する可能性があります。最終的なハドロン状態。
光子は波ですか、それとも粒子ですか？
光子は電磁波ですが、その特徴のいくつかは、それが粒子のセットとしても振る舞うことを示しています。これは、微視的な宇宙のすべてのオブジェクトを考えると、いわゆる波動粒子の二重性です。
光のような電磁波は物質的な媒体なしで超越します、光は電磁波によって伝達されるという事実のために正弦波でベクトルです、それは互いに垂直な電界Eと磁界Bによって発生します、同じ波長の位相で、波の透過方向に垂直であるため、光波は垂直です。
素粒子物理学における光子
ニュートン力学では、運動量は物体の質量とその速度の積として定義され、相対性理論はこの概念を光速で移動する粒子に一般化します。そのような粒子は存在する可能性があり、質量はゼロであり、その運動量は粒子のエネルギーと真空中の光速の比。
国の質問は、特に量子の分野で、アインシュタインの方法論の厳密さを考慮に入れることによってのみ答えることができます。 アインシュタインは常にこれらの作品を相対性理論を扱っている作品と区別しており、彼は繊細な地面で前進していることを完全に認識しています。
彼の相対性理論の研究が、非常に大胆ではあるが、長い間議論されてきた質問に答える場合、一方、光子の概念は、物理学者によって何十年も受け入れられてきた光の波の解釈に反対し、別のビジョンを提案します良い議論、多くの注意、そして高い精度が必要です。
フォトンは何に使用されますか？
光子と陽子の両方を使用して、放射線外科でエネルギーを伝達することができます。 フォトン それらはガンマ線または照射で生成されたエネルギーの離散的なアリコートですが、ガンマ線とX線は光子で構成されています。
それらの光子はさまざまな方法で生成されます。ガンマナイフ放射線手術で使用されるガンマ線は放射性崩壊によって生成された光子を使用しますが、線形加速器放射線手術で使用されるX線は光子を使用します。
光子の概念が最初に現れたのはいつですか？
この概念は、1905年にアルバートアインシュタインの説明で発生しました。彼は、1900年の初めに、光の送信中に慎重なエネルギーパケットの存在を提起しました。 量子プランク理論 熱放射はさまざまなメカニズム、つまり量子で表現され、引き付けられることを説明することで、この概念への道を開いたのです。
この概念は、アメリカの物理学者アーサー・コンプトンが1923年に放射線写真の粒子の性質で実証した後に一般的に使用されましたが、光子という用語は1926年まで使用されませんでした。光子のエネルギーは、放射線の周波数に依存します。
高エネルギーのガンマ線やX線から、可視光、低エネルギーの赤外線や電波まで、すべてのエネルギーの光子があります。 フォトン 彼らは光速で移動します。
光子は太陽光発電の太陽エネルギーとどのような関係がありますか？
太陽光は、太陽エネルギーの光子または粒子で構成されています。これらの光子は、太陽スペクトルのさまざまな波長に属するさまざまな量のエネルギーを持っています。
引き付けられたものだけが電気を形成するためのエネルギーを提供します。集積回路材料が十分な太陽光を引き付けると、電子は材料の原子から分離すると言うことが重要です。
製造時の材料表面の特定の方法により、セルの外面が除去された電子または自己完結型の電子により近くなり、電子がセルの表面に自然に移動します。
