fotone

Il fotone è la particella fondamentale della luce visibile.

In un certo senso, la luce visibile si comporta come un fenomeno ondoso, ma per altri aspetti si comporta come un flusso di particelle submicroscopiche ad alta velocità. Isaac Newton è stato uno dei primi scienziati a teorizzare che la luce sia costituita da particelle. I fisici moderni hanno dimostrato che l'energia in qualsiasi campo elettromagnetico è costituita da pacchetti discreti. Il termine fotone (che significa "particella di luce visibile") è stato coniato per questi pacchetti di energia. Tuttavia, il comportamento particellare non è limitato alla porzione di luce visibile dello spettro della radiazione elettromagnetica. Le onde radio, i raggi infrarossi, la luce visibile, i raggi ultravioletti, i raggi X ei raggi gamma sono tutti costituiti da fotoni, ognuno dei quali contiene una particolare quantità di energia che dipende dalla lunghezza d'onda.

I fotoni viaggiano attraverso lo spazio vuoto a una velocità di circa 186,282 miglia (299,792 chilometri) al secondo. Questo è vero indipendentemente dalla lunghezza d'onda elettromagnetica. In mezzi diversi dal vuoto, la velocità è ridotta. Ad esempio, la luce visibile viaggia più lentamente attraverso il vetro che attraverso lo spazio esterno. Le onde radio viaggiano più lentamente attraverso il polietilene in una linea di trasmissione di quanto non facciano attraverso l'atmosfera. Il rapporto tra la velocità dei fotoni in un particolare mezzo e la loro velocità nel vuoto è chiamato fattore di velocità. Questo fattore è sempre compreso tra 0 e 1 (o 0 e 100 percento) e dipende in una certa misura dalla lunghezza d'onda.

Minore è la lunghezza d'onda di un disturbo elettromagnetico, maggiore è l'energia contenuta in ogni fotone. In effetti, questa relazione è così precisa che si applica una formula matematica. Se e rappresenta l'energia (l'unità di misura è il joule) contenuta in ogni fotone es rappresenta la lunghezza d'onda elettromagnetica (in metri), allora

e = hc / s

dove h è la costante di Planck (approssimativamente uguale a 6.626 volte 10 -34 joule-secondo) ec è la velocità di propagazione del campo elettromagnetico nel mezzo in questione (approssimativamente 2.998 volte 10 8 metri al secondo nel vuoto). Una formula più semplice si applica alla frequenza. Se f rappresenta la frequenza di un campo elettromagnetico (in hertz), allora

e = hf

L'energia contenuta in un singolo fotone non dipende dall'intensità della radiazione. A qualsiasi lunghezza d'onda specifica, ad esempio la lunghezza d'onda della luce emessa da un laser a elio-neon, ogni fotone contiene esattamente la stessa quantità di energia, sia che la sorgente appaia fioca come una candela o luminosa come il sole. La brillantezza o intensità è una funzione del numero di fotoni che colpiscono una data area di superficie per unità di tempo.