Shkenca e bërë e thjeshtë: Çfarë janë fotonet?

Fotonet shfaqin veti të ngjashme me valën dhe grimcat – imazh1: Fotonet janë grimca elementare që veprojnë si bartës themelorë të dritës dhe të gjitha formave të tjera të rrezatimit elektromagnetik. Ato janë unike sepse nuk kanë masë dhe udhëtojnë gjithmonë me shpejtësinë e dritës në vakum. Fotonet shfaqin veti të ngjashme me valën dhe grimcat, një natyrë e dyfishtë që është qendrore në fushën e mekanikës kuantike. Ato luajnë një rol vendimtar në procese të ndryshme fizike, duke përfshirë transmetimin e energjisë dhe informacionit. -Imazh1, Krediti: SciTechDaily.com

Nga:SciTechDaily> By U.S. Department of EnergyJune 27, 2024: Science Made Simple: What Are Photons?¹

Çfarë janë fotonet?

Fotonet janë grimcat më të vogla të mundshme të energjisë elektromagnetike dhe për këtë arsye edhe grimcat më të vogla të mundshme të dritës. Fotonet mund të udhëtojnë me shpejtësinë e dritës sepse nuk kanë masë (falë relativitetit). Fotonet gjithashtu nuk kanë ngarkesë.

Fotonet përfaqësojnë të gjithë spektrin e rrezatimit elektromagnetik. Këtu përfshihen valët radiofonike, rrezet gama dhe drita e dukshme.

Fotonet: Dualiteti i grimcave të valës

Ashtu si shumë grimca të tjera të qeverisura nga mekanika kuantike², fotonet kanë karakteristikat si të valëve, ashtu edhe të grimcave. Fotonet udhëtojnë në një mënyrë të ngjashme me valën, në të cilën fusha elektrike dhe magnetike lokale lëkundet në intensitet, duke u lëkundur rregullisht para-mbrapa midis niveleve të larta dhe të ulëta të energjisë.

Energjia në fotone përcakton llojin e rrezatimit elektromagnetik që fotonet transmetojnë. Kjo do të thotë se fotonet me energji të ulët mbajnë valë radioje. Valët e radios quhen gjatësi vale të gjata, sepse fundet dhe kreshtat e valëve janë relativisht larg njëra-tjetrës. Fotonet me energji të lartë mbartin valë gama. Valët gama quhen gjatësi vale të shkurtra, sepse fundet dhe kreshtat e valëve të tyre janë shumë afër së bashku.

Perspektiva historike mbi dritën

Shkencëtarët që zbuluan se fotonet janë si valë, ashtu edhe grimca ishte një pjesë kyçe e zhvillimit të mekanikës kuantike. Isak Njutoni mendonte se drita udhëtonte me grimca pjesërisht për shkak të mënyrës se si drita del nga sipërfaqet. Por Christian Huygens theksoi se drita shkëlqente përmes një vrime të vogël të përhapur në vend që të mbetej një vend. Kjo do të thoshte se drita duhet të jetë një valë, me dritën që përhapet në një mënyrë të ngjashme me atë se si uji valëvitet. Modeli valor i Huygens fitoi mbështetje shtesë nga eksperimentet në vitet 1800.

Mekanika kuantike dhe fotonet

Në vitin 1900, Max Planck sugjeroi në vend të kësaj se fotonet duhet të jenë grimca për shkak të mënyrës se si sillet rrezatimi. Kjo i hapi derën Ajnshtajnit për të sugjeruar në vitin 1905 se drita është si grimca, ashtu edhe valë. Shpjegimi i tij bazohet në efektin fotoelektrik. Kjo është mënyra se si një fletë metalike lëshon elektrone³ kur goditet me dritë. Ajnshtajni tregoi se intensiteti i dritës së shndritshme në metal është i lidhur me numrin e fotoneve në dritë. Frekuenca (ose ngjyra) e dritës lidhet me sasinë e energjisë që mbart çdo foton.

Fakte të shpejta

• Fotonet mund të absorbohen nga lënda. Kur kjo ndodh, drita e tyre shndërrohet në nxehtësi, duke ngrohur çështjen. Kështu ngroh drita e diellit gjërat në Tokë.
• Albert Ajnshtajni fitoi çmimin Nobel në fizikë në vitin 1922 për punën e tij në fotone dhe rrezatimin elektromagnetik.

DOE Office of Science: Contributions to Subatomic Particle Research

Zyra e Fizikës Bërthamore DOE në Zyrën e Shkencës mbështet kërkimet për të kuptuar të gjitha format e lëndës bërthamore dhe grimcat subatomike që përbëjnë bërthamat atomike. Ky hulumtim përfshin zbërthimin e vetive të panjohura më parë të atomeve dhe grimcave subatomike që ata janë të përbërë në gjendjen e tyre natyrore. Kjo vepër ka aplikime të rëndësishme në mjekësi, tregti dhe mbrojtje kombëtare.

Një fushë tjetër studimi është të kuptosh saktësisht se si janë strukturuar bërthamat⁴ në varësi të numrit të protoneve⁵ dhe eutroneve⁶ brenda tyre. Ende kërkime të tjera fokusohen në ngrohjen e bërthamave në temperaturën e universit të hershëm⁷ për të kuptuar se si ato kondensoheshin nga supa quark-gluon⁸ që ekzistonte në atë kohë.

Veç kësaj, Zyra e Shkencës e DOE-së operon një sërë burimesh drite⁹ që përdorin fuqinë e fotoneve për kërkime shkencore. Këto burime drite janë struktura përdoruesish të Zyrës së Shkencës të hapura për studiues nga industria, akademikët dhe laboratorët kombëtarë.

–

Referenca

1. Science Made Simple: What Are Photons? ↩︎
2. Science Made Simple: What Is Quantum Mechanics? ↩︎
3. Science Made Simple: What Are Electrons? ↩︎
4. Science Made Simple: What Are Atomic Nuclei? ↩︎
5. Science Made Simple: What Are Protons? ↩︎
6. Science Made Simple: What Are Neutrons? ↩︎
7. Science Made Simple: What Is Cosmology? ↩︎
8. Science Made Simple: What Are Quarks and Gluons? ↩︎
9. Science Made Simple: What Are Light Sources? ↩︎