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Fotón

Fotón

Un fotón es el quantum de energía en forma de radiación electromagnética, emitido o absorbido por la materia.

Un fotón es una partícula elemental, el quantum de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo la luz. Es la partícula mediadora de la fuerza electromagnética, incluso cuando está estático a través de fotones virtuales.

El fotón tiene cero masa en reposo y consecuentemente las interacciones de esta fuerza fundamental son observables a escala tanto microscópica como macroscópica.

Como todas las partículas elementales, los fotones se explican con la mecánica cuántica pero presentan dualidad onda-partícula , exhibiendo simultáneamente propiedades de ondas y de partículas. Por ejemplo, una lente puede refractar un solo fotón y en el proceso interferir con sí mismo como si fuera una onda, o puede actuar como una partícula que tiene una posición definida y una cantidad de movimiento medible.

Las propiedades de onda y de quantum del fotón son dos aspectos observables de un mismo fenómeno y su naturaleza no puede ser descrita en términos de ningún modelo mecánico, por lo que la representación de esta propiedad dual de la luz, que asume que la energía se concentra en ciertos puntos del frente de onda, es también imposible. Los cuantos en una onda de luz no se pueden localizar en el espacio; se toma nota de algunos parámetros físicos definidos del fotón.

El fotón tiene spin igual a 1, y, por tanto, es un bosón; como que su masa en reposo es nula, la helicidad del fotón sólo puede ser 1 o -1, pero no 0.

El fotón se representa por el símbolo γ.

Historia del fotón

El concepto moderno del fotón fue desarrollado de forma gradual para Albert Einstein a principios del siglo XX para explicar las observaciones experimentales que no concordaban con el modelo clásico de la luz como onda electromagnética.

El modelo del fotón cuadraba con el hecho de que la energía de la luz dependiera de su frecuencia y explicaba la capacidad de la materia y la radiación electromagnética de estar en equilibrio térmico. Además, el modelo del fotón también explicaba ciertas observaciones anómalas como la radiación del cuerpo negro que otros físicos, notablemente Max Planck , había intentado explicar empleando modelos semiclásicos.

En el modelo de Planck, la luz estaba descrita por las ecuaciones de Maxwell pero los objetos materiales que emitían y absorbían luz lo hacían en paquetes discretos de energía. Aunque estos modelos semiclásicos contribuyeron al desarrollo de la mecánica cuántica, varios experimentos posteriores empezando por el efecto Compton válida la hipótesis de Einstein que la luz en sí está cuantificada.

En 1926 el físico óptico Frithiof Wolfers y el químico Gilbert N. Lewis acuñaron el término «fotón» por estas partículas. Después de que Arthur H. Compton ganara el Premio Nobel en 1927 por su estudios de dispersión, la mayoría de científicos aceptaron que los cuantos de luz tienen una existencia independiente y se aceptó el nombre de fotón por estos cuantos.

El fotón en la física de partículas

En el modelo estándar de la física de partículas , los fotones y otras partículas elementales se describen como una consecuencia necesaria del hecho de que las leyes de la física tengan una cierta simetría en el espacio-tiempo. Las propiedades intrínsecas de las partículas, como la carga eléctrica , la masa y el espín vienen determinadas por las propiedades de esta simetría de gauge.

El concepto de fotón ha conducido a avances trascendentes en física teórica y experimental, por ejemplo los láseres , el condensado de Bose-Einstein , la teoría cuántica de campos y la interpretación probabilística de la mecánica cuántica. Se ha aplicado en fotoquímica , en la microscopía de alta resolución y en la medida de distancias moleculares. Recientemente, los fotones se han estudiado como elemento de los ordenadores cuánticos y por sus aplicaciones en imaginería óptica y comunicación óptica como la criptografía cuántica .

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Última revisión: 13 de marzo de 2017