Ljuspartiklar

Ljuspartiklar, eller fotoner, är kvanta av elektromagnetisk strålning och fungerar som både våg och partikel. De utgör bärare av elektromagnetisk kraft och är centrala för vår förståelse av ljus. Fotonen har ingen vilomassa och färdas i vakuum med ljusets hastighet, c. Dess energi är E = hν = hc/λ och dess momentum är p = h/λ. Fotoner har spin 1 och två polarisationslägen, är elektriskt neutrala och har i allmänhet ingen separat antipartikel utan är i praktiken sin egen antipartikel. I kvantfältteori beskrivs de som excitationspaket i det elektromagnetiska fältet.

Fotoner uppstår när system i atomer eller andra källor genomgår energiövergångar, och kan emitteras eller absorberas. De interagerar med materien genom processer som absorption, stimulering och spontan emission, samt fenomen som fotoselektrisk effekt, fluorescens och spridning. I medium minskar deras hastighet till v = c/n där n är refraktionsindexet för materialet; i vakuum är n ≈ 1 och fotonen färdas med c.

Trots sin partikelkaraktär uppvisar fotoner starka vågegenskaper: interferens, diffraktion och polarisation visar deras vågkaraktär. I kvantkemi och kvantfältteori beskrivs fotonen inom quantum electrodynamics, där foton-foton-samverkan är mycket svag men möjligt vid högre ordning.

Användningar och betydelse: fotoner är grundläggande inom optisk kommunikation via fiber, medicinsk bildning och terapi, samt forskning inom kvantteknik och precisionsmätningar. Inom astrofysik och kosmologi bär de information från avlägsna objekt och kosmisk bakgrundsstrålning.