Tajanstveni svet fotona: Ključne čestice bez mase i naelektrisanja

Foto: sakkmesterke / Alamy / Alamy / Profimedia

Fotoni su najmanje moguće čestice elektromagnetne energije i stoga i najmanje moguće čestice svetlosti. Fotoni mogu putovati brzinom svetlosti jer nemaju masu (zahvaljujući relativnosti). Takođe nemaju ni naelektrisanje. Fotoni predstavljaju čitav spektar elektromagnetnog zračenja. Ovo uključuje radio-talase, gama-zrake i vidljivu svetlost.

Jedan od najintrigantnijih aspekata fotona je njihova talasno-čestična dualnost. Kao i mnoge druge čestice koje su podložne zakonima kvantne mehanike, fotoni pokazuju karakteristike i talasa i čestica. Kreću se talasastim putem, pri čemu lokalno električno i magnetno polje oscilira u intenzitetu, redovno oscilirajući između visokih i niskih nivoa energije.

Preporučujemo

Energija fotona određuje tip elektromagnetnog zračenja koje prenose. Niskoenergetski fotoni prenose radio talase, koji se nazivaju dugim talasima jer su dno i vrhovi talasa relativno udaljeni. S druge strane, visokoenergetski fotoni prenose gama talase, koji se nazivaju kratkim talasima zbog blizine njihovih dna i vrhova, piše SciTech Daily.

Otkrivanje da su fotoni i talasi i čestice bilo je ključni deo razvoja kvantne mehanike. Isak Njutn je verovao da svetlost putuje u česticama zbog načina na koji se svetlost odbija od površina. Međutim, Kristijan Hajgens je primetio da svetlost koja prolazi kroz malu rupu širi se umesto da ostane kao tačka, što je sugerisalo da svetlost mora biti talas koji se širi poput talasa na vodi. Hajgensov model talasa dobio je dodatnu podršku eksperimentima u 19. veku.

Maks Plank je 1900. sugerisao da fotoni moraju biti čestice zbog načina na koji se zračenje ponaša. Ovo otkriće je otvorilo vrata za Alberta Ajnštajna da 1905. godine predloži da svetlost može biti i čestice i talasi. Njegovo objašnjenje je zasnovano na fotoelektričnom efektu, gde metalna površina emituje elektrone kada je pogođena svetlošću. Ajnštajn je pokazao da je intenzitet svetlosti koja sija na metal povezan sa brojem fotona u svetlosti, dok je frekvencija (ili boja) svetlosti povezana sa količinom energije koju svaki foton nosi. Za svoj rad na fotonima, Ajnštajn je 1922. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziku.

Kancelarija za nuklearnu fiziku DOE u okviru Kancelarije za nauku podržava istraživanja koja teže razumevanju svih oblika nuklearne materije i subatomskih čestica koje čine atomske jezgre. Ovo istraživanje uključuje otkrivanje prethodno nepoznatih svojstava atoma i subatomskih čestica u njihovom prirodnom stanju, što ima važne primene u medicini, trgovini i nacionalnoj odbrani.

Jedna od oblasti proučavanja je razumevanje kako su jezgra strukturisana u zavisnosti od broja protona i neutrona unutar njih. Dodatna istraživanja fokusiraju se na zagrevanje jezgara na temperaturu ranog univerzuma kako bi se razumelo kako su kondenzovala iz kvark-gluonske supe koja je postojala u to vreme.

Osim toga, američka Kancelarija za nauku DOE upravlja nizom izvora svetlosti koji koriste moć fotona za naučna istraživanja. Ovi izvori svetlosti su korisničke ustanove Kancelarije za nauku otvorene za istraživače iz industrije, akademske zajednice i nacionalnih laboratorija.

Fotoni su suštinski važni za razumevanje svetlosti i kvantne mehanike. Njihova dualnost talasa i čestica, istorijski značaj i ključna uloga u mnogim naučnim istraživanjima čine ih fascinantnim predmetom proučavanja. Kroz kontinuirana istraživanja i napredak u nauci, naši uvidi u ove misteriozne čestice će se samo produbljivati.

(Telegraf Nauka / SciTech Daily)