El fotón es un tipo de partícula elemental portadora de todas las formas de radiación electromagnética. Entre estos tipos de radiación se incluyen los rayos X, los rayos gamma, los fotones de luz visible, la luz infrarroja, las ondas de radio y de microondas.
En concreto, la definición de fotón (representado por el símbolo γ) nos dice que: “Un fotón es el quantum de energía en forma de radiación electromagnética, emitido o absorbido por la materia.”
Estas partículas fundamentales son estables, no tienen masa ni carga eléctrica y cuando están en el vacío se mueven a velocidad constante: la velocidad de la luz.
Los fotones se emiten en muchos procesos naturales, como por ejemplo:
Cuando una carga se acelera, emite radiación sincrotrón.
Durante una transición molecular, atómica o nuclear a un nivel de energía más bajo, se emitirán fotones de varias energías, que van desde ondas de radio hasta rayos gamma.
Cuando una partícula y su antipartícula correspondiente se aniquilan.
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 los principios de la física tengan una cierta simetría en el espacio-tiempo.
¿Cuál es la energía de un fotón?
La energía del fotón corresponde a la energía que se transporta por un solo fotón. Esta energía depende de la frecuencia electromagnética y la longitud de onda. En consecuencia, la energía aumenta al aumentar la frecuencia y la longitud de onda del fotón.
Las unidades más utilizadas para indicar la energía de estas partículas son el electronvoltio (eV) y el julio (J). Un julio equivale a 6,24 × 1018 eV.
¿Para que sirven los fotones?
Estas partículas fundamentales tienen muchas aplicaciones en tecnología. Algunos ejemplos destacados son:
Obtención de energía eléctrica: el impacto de un fotón sobre la superficie de un panel solar provoca la liberación de electrones de los materiales semiconductores por el efecto fotovoltaico. La suma de este movimiento de cargas da lugar a una corriente continua.
El láser.
Fabricación de chips.
Ingeniería y química: Se utilizan tanto para calcular el cambio de energía resultante de una absorción de fotones como para determinar la frecuencia de la luz emitida por una emisión de fotones dada.
Biología molecular: En algunos casos, se pueden acoplar dos transiciones de energía para que, a medida que un sistema absorbe un fotón, otro sistema cercano "robe" su energía y vuelva a emitir un fotón de una frecuencia diferente.
Generación de números aleatorios: Varios tipos diferentes de generadores de números aleatorios de hardware implican la detección de fotones individuales.
El fotón se comporta como una onda y como una partícula
Como todas las partículas elementales, los fotones se explican con la mecánica cuántica. Sin embargo, presentan dualidad onda-partícula, es decir, exhiben simultáneamente propiedades de ondas y de partículas.
Por un lado, se comporta como una onda en fenómenos como la refracción. Por otro lado,también se comporta como una partícula cuando interactúa con la materia para transferir una cantidad fija de energía.
¿Cuándo apareció el concepto de fotón por primera vez?
En la mayoría de las teorías hasta el siglo XVII y XVIII, la luz se consideraba formada por partículas. Sin embargo, debido a que los modelos de partículas no podían explicar ciertos fenómenos, algunos científicos propusieron teorías ondulatorias para la luz.
El concepto moderno del fotón fue desarrollado de forma gradual por Albert Einstein a principios del siglo XX. Este concepto se utilizó para explicar las observaciones experimentales que no concordaban con el modelo clásico de la luz como onda electromagnética.
En 1926 el físico óptico Frithiof Wolfers y el químico Gilbert N. Lewis acuñaron el término «fotón» por estas partículas.
