El fotón ( griego : φῶς , phōs, luz) es un tipo de partícula elemental que sirve como el cuanto del campo electromagnético , incluida la radiación electromagnética , como la luz y las ondas de radio , y el portador de fuerza de la fuerza electromagnética . Los fotones no tienen masa , [a] por lo que siempre se mueven a la velocidad de la luz en el vacío ,299 792 458 m/s (o alrededor de 186 282 mi/s). El fotón pertenece a la clase de los bosones .
Como todas las partículas elementales, los fotones actualmente se explican mejor por la mecánica cuántica y exhiben dualidad onda-partícula , su comportamiento presenta propiedades tanto de ondas como de partículas . [2] El concepto moderno de fotón se originó durante las dos primeras décadas del siglo XX con el trabajo de Albert Einstein , quien se basó en la investigación de Max Planck . Al tratar de explicar cómo la materia y la radiación electromagnética podrían estar en equilibrio térmico entre sí, Planck propuso que la energía almacenada dentro de un objeto material debería considerarse como compuesta de unnúmero entero de partes discretas de igual tamaño. Para explicar el efecto fotoeléctrico , Einstein introdujo la idea de que la luz misma está hecha de unidades discretas de energía. En 1926, Gilbert N. Lewis popularizó el término fotón para estas unidades de energía. [3] [4] [5] Posteriormente, muchos otros experimentos validaron el enfoque de Einstein. [6] [7] [8]
En el Modelo Estándar de física de partículas , los fotones y otras partículas elementales se describen como una consecuencia necesaria de las leyes físicas que tienen una cierta simetría en cada punto del espacio-tiempo . Las propiedades intrínsecas de las partículas, como la carga , la masa y el espín , están determinadas por esta simetría de calibre . El concepto de fotón ha llevado a avances trascendentales en la física experimental y teórica, incluidos los láseres , la condensación de Bose-Einstein , la teoría cuántica de campos y la interpretación probabilística .de la mecánica cuántica. Se ha aplicado a la fotoquímica , microscopía de alta resolución y mediciones de distancias moleculares . Además, los fotones se han estudiado como elementos de las computadoras cuánticas y para aplicaciones en imágenes ópticas y comunicación óptica , como la criptografía cuántica .
La palabra quanta (singular quantum, latín para cuánto ) se usó antes de 1900 para referirse a partículas o cantidades de diferentes cantidades , incluida la electricidad . En 1900, el físico alemán Max Planck estaba estudiando la radiación del cuerpo negro y sugirió que las observaciones experimentales, específicamente en longitudes de onda más cortas , se explicarían si la energía almacenada dentro de una molécula fuera una "cantidad discreta compuesta por un número entero de partículas finitas". partes iguales", a los que llamó "elementos energéticos". [9] En 1905, Albert Einsteinpublicó un artículo en el que proponía que muchos fenómenos relacionados con la luz, incluida la radiación del cuerpo negro y el efecto fotoeléctrico, se explicarían mejor modelando las ondas electromagnéticas como paquetes de ondas discretos espacialmente localizados. [10] Llamó a este paquete de ondas el cuanto de luz (en alemán: das Lichtquant ). [B]
El nombre fotón deriva de la palabra griega para luz, φῶς (transliterado phôs ). Arthur Compton usó fotón en 1928, refiriéndose a GN Lewis , quien acuñó el término en una carta a Nature el 18 de diciembre de 1926. [3] [11] El mismo nombre se usó anteriormente pero nunca fue ampliamente adoptado antes de Lewis: en 1916 por el El físico y psicólogo estadounidense Leonard T. Troland , en 1921 por el físico irlandés Joly , en 1924 por el fisiólogo francés Wurmser (1890-1993) y en 1926 por el físico francés Wolfers(1891-1971). [5] El nombre se sugirió inicialmente como una unidad relacionada con la iluminación del ojo y la sensación de luz resultante y se usó más tarde en un contexto fisiológico. Aunque las teorías de Wolfers y Lewis fueron contradichas por muchos experimentos y nunca aceptadas, la mayoría de los físicos adoptaron el nuevo nombre poco después de que Compton lo usara. [5] [c]