Фотон - це

Фотон (від грец. Phos, родовий відмінок photós - світло)

елементарна частинка, квант електромагнітного випромінювання (у вузькому сенсі - світла). Маса спокою m0 Ф. дорівнює нулю (з досвідчених даних випливає, що у всякому разі m0 (4.10 -21 mе. Де mе- маса електрона), і тому його швидкість дорівнює швидкості світла з ≈ 3.10 10 см / сек. спін ​​(власний момент кількості руху) Ф. дорівнює 1 (в одиницях ħ = h / 2π, де h = 6,624.10 -27 ерг .сек - постійна Планка), і, отже, Ф. відноситься до Бозон ам. Частка зі спіном J і ненульовий масою спокою має 2J + 1 спінових станів, що розрізняються проекцією спина, але в зв'язку з тим, що УФ. m0 = 0, він може перебувати тільки в двох спінових станах з проекціями спина на нап авленіе руху ± 1; цій властивості Ф. в класичній електродинаміці відповідає поперечності електромагнітної хвилі.

Т. к. Не існує системи відліку, в якій Ф. спочиває, йому не можна приписати певній внутрішньої парності (Див. Парність). За електричної і магнітної мультипольного системи зарядів (2l -поля; см. Мультиполя), випромінюючи даний Ф. розрізняють стану Ф. електричного і магнітного типу; парність електричного мультипольного Ф. дорівнює (- 1) l, магнітного (- 1) l + 1. Ф. - абсолютно (істинно) нейтральна частинка і тому володіє певним значенням зарядової парності (див. Зарядове сполучення), рівним -1. Крім електромагнітної взаємодії, Ф. бере участь в гравітаційній взаємодії.

Подання про Ф. виникло в ході розвитку квантової теорії і теорії відносності. (Сам термін «фотон» з'явився лише в 1929.) У 1900 М. Планк отримав формулу для спектра теплового випромінювання абсолютно чорного тіла (див. Планка закон випромінювання), виходячи з припущення, що випромінювання електромагнітних хвиль відбувається певними порціями - «квантами», енергія яких може приймати лише дискретний ряд значень, кратних неподільної порції - кванту h ν, де ν - частота електромагнітної хвилі. Розвиваючи ідею Планка, А. Ейнштейн ввів гіпотезу світлових квантів, згідно з якою ця дискретність обумовлена ​​не механізмом поглинання і випускання, а тим, що саме випромінювання складається з «неподільних квантів енергії, що поглинаються або випускаються лише повністю» (А. Ейнштейн, Збори наукових праць , т. 3, с. 93, М. 1966). Це дозволило Ейнштейну пояснити ряд закономірностей Фотоефект а, люмінесценції (Див. Люмінесценція), фотохімічних реакцій. У той же час створена Ейнштейном спеціальна теорія відносності (1905) призвела до відмови від пояснення електромагнітних хвиль коливаннями особливого середовища - ефіру, і тим самим створила передумови для того, щоб вважати випромінювання однієї з форм матерії, а світлові кванти - реальними елементарними частинками. У дослідах А. Комптон а з розсіювання рентгенівських променів було встановлено, що кванти випромінювання підкоряються тим же кинематическим законам, що й частки речовини, зокрема кванту випромінювання з частотою ν необхідно приписати також і імпульс h ν / c (див. Комптона ефект).

До середини 30-х рр. в результаті розвитку квантової механіки (Див. Квантова механіка) стало ясно, що ні наявність хвильових властивостей, що виявляються в хвильових властивості світла, ні здатність зникати або з'являтися в актах поглинання і випромінювання не виділяють Ф. серед інших елементарних частинок. Виявилося, що частинки речовини, наприклад електрони, мають хвильовими властивостями (див. Хвилі де Бройля. Дифракція часток), і була встановлена ​​можливість взаємоперетворення пар електронів і позитронів в Ф. наприклад в електростатичному полі атомного ядра Ф. з енергією вище 1 МеВ (фотони з енергією вище 100 кев часто називають γ- квантами) може перетворитися в електрон і позитрон (процес народження пари) і, навпаки, зіткнення електрона і позитрона призводить до перетворення їх в два (або три) γ-кванта (анігіляція пари; см. анігіляція і народження па р).

Сучасною теорією, послідовно описує взаємодії Ф. електронів і позитронів з урахуванням їх можливих взаємоперетворення, є квантова електродинаміка (див. Квантова теорія поля). Вона розглядає електромагнітне взаємодія між зарядженими частинками як процес обміну віртуальними Ф. (див. Віртуальні частки). Самі Ф. через освіту віртуальних електрон-позитронного пар також можуть взаємодіяти між собою, однак імовірність такої взаємодії дуже мала і експериментально воно не спостерігалося. При розсіянні Ф. високих енергій на адронів (Див. Адрони) і атомних ядрах слід враховувати, що Ф. може перетворюватися віртуально в сукупність адронів, які сильно взаємодіють з адронами мішені. У той же час віртуальний Ф. виникає, наприклад, при анігіляції електрона і позитрона високих енергій, може перетворюватися в реальні адрони. (Такі процеси спостерігаються на зустрічних електрон-позитронного пучках.) Опис взаємодії реальних і віртуальних Ф. з адронами здійснюється за допомогою різних теоретичних моделей, наприклад векторної домінантності (див. Електромагнітні взаємодії), моделі партонов (Див. Партон) і ін.

З кінця 60-х рр. розвивається єдина теорія електромагнітних і слабких взаємодій (Див. Слабкі взаємодії), в якій Ф. виступає разом з трьома гіпотетичними «переносниками» слабких взаємодій - векторними бозона (двома зарядженими W +. W - і одним нейтральним Z 0).

Загальновідомі джерела Ф. - джерела світла. Джерелами γ-квантів є радіоактивні ізотопи, а також мішені, опромінюються прискореними електронами.

Літ: Ейнштейн А. Про розвиток наших поглядів на сутність і структуру випромінювання. Собр. науч. праць, т. 3, М. 1966, с. 181; Бом Д. Квантова теорія, пров. з англ. 2 изд. М. 1 965.