Valokvanttien

Valokvantti (monikko valokvantit) on sähkömagneettisen säteilyn kvantti, eli pienin energian yksikkö, jolla voidaan kuvata valoa ja muuta elektromagneettista säteilyä. Valokvantit ovat massattomia bosoneja, jotka kulkevat valon nopeudella, c. Niillä on energia E = h f (tai E = h c / λ) sekä momentumi p = h / λ, missä h on Planckin vakio ja f taajuus sekä λ aallonpituus. Fotonilla on spin 1, ja sen heliciteetit ovat +1 ja -1; ne toimivat sähkömagneettisen vuorovaikutuksen välittäjinä.

Fotonit voivat käyttäytyä sekä hiukkasina että aaltoina, mikä heijastuu sekä kvantti-optisissa kokeissa että elektromagneettisessa vuorovaikutuksessa. Ne syntyvät ja häviävät atomien ja muiden järjestelmien vuorovaikutuksissa: emisio, absorptio sekä erilaiset sironnat kuten Comptonin sironta. Mustan kappaleen säteily ja Planckin laki voidaan selittää valokvanttien tilastollisen käyttäytymisen kautta; fotonit noudattavat Bose-Einstein tilastoa ja niiden kemiallinen potentiaali on nolla.

Valokvanttien käsite on keskeinen kvanttifysiikassa ja kvanttielektroniikassa. Käytännössä valokvantteja käsitellään esimerkiksi lasereissa, fotoniikassa, optisessa viestinnässä ja kuvantamisessa. Avaruudessa fotonit välittävät informaatiota tähdistä ja galakseista, ja ne mahdollistavat monia teknologisia sovelluksia sekä tutkimuksen välineitä.