Footon

Allikas: Vikipeedia

Footon on elektromagnetkiirguse väikseim osake ehk kvant (valguskvant). Footon on vaheosake (boson spinniga 1), mis vahendab elektromagnetilist vastasmõju. Footon (erinevalt näiteks gluuonist) ise oma vahendatava vastasmõju laengut ei kanna ja on elektriliselt neutraalne. Tema seisumass on 0 ning seetõttu liigub ta vaakumis alati valguse kiirusega c\!. Valguse kiirus kui universaalne füüsikaline konstant ongi defineeritud footoni liikumise kiiruse kaudu vaakumis.

Üldine kirjeldus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Footon on elementaarosake, mis vahendab elektromagnetilist vastasmõju. Enamasti tähendab see, et elektriliselt laetud kehad vahetavad omavahel virtuaalseid footoneid. Näiteks positiivselt laetud aatomituum ja negatiivselt laetud aatomi elektronkate mõjutavad teineteist virtuaalsete footonitega.

Footonit iseloomustavad kvantarvud[muuda | redigeeri lähteteksti]

Nagu kõik teised fundamentaalsed vaheosakesed, on ka footon boson (spinniga 1). Kui fermion neelab footoni, siis fermioni ja footoni spinnid liituvad. Näiteks kui elektron neelab footoni, siis muutub tema spinn vastupidiseks (süsteemi summaarne spinn peab olema kõikides vastasmõjudes jääv).

Lisaks spinnile (mis määrab ära footoni polarisatsiooni) iseloomustab footonit veel lainevektor, mis määrab ära footoni lainepikkuse ja liikumise suuna. Kõik teised footoni kvantarvud (näiteks tema leptonlaeng ja barüonlaeng) on 0. Footon on iseenda antiosake, kuid kaks footonit omavahel enamasti ei annihileeru, kuna nendevaheline vastastikmõju on väga nõrk. Kuna footonitel elektrilaeng puudub, siis saavad nad vastastikmõjus olla ainult virtuaalsete laetud osakeste (näiteks elektronide) silmuste kaudu.

Footoni energia[muuda | redigeeri lähteteksti]

Footoni energia on määratud valemiga:


E = hf = \frac{hc}{\lambda}

kus E\! on footoni energia, h\! on Plancki konstant, f\! on footoni sagedus ja \lambda \! on tema lainepikkus (sagedus ja lainepikkus on teineteisega pöördvõrdelised). E tähistab footoni poolt edasi kantavat energiat. See on ühtlasi ka vähim võimalik lainepikkusega \lambda \! elektromagnetvälja (ja elektromagnetkiirguse) "portsjon", ehk kvant. Tulenevalt laine-osakese dualismist käitub footon samaaegselt nii osakese kui lainena (täpsemalt lainepaketina).

Süsteem, mis kiirgab footoni kaotab selle võrra energiat ning süsteem, mis neelab footoni saab selle võrra energiat juurde. See tähendab, et kõik kehad saavad energiat ja loovutavad energiat kvanthaaval.

Footoni neelamist aatomi poolt nimetatakse ka fotoefektiks. Sellisel juhul footon ergastab aatomi (aatom läheb ergastatud olekusse).

Footoni mass[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kuna footoni seisumass on 0, siis liigub footon alati valguse kiirusega Footonil on mass, mis on võrdne footoni poolt edasi kantava energiaga. Kui mingi keha neelab footoni, siis saab ta endale selle footoni energia ning selle võrra suureneb ka keha mass

m=\frac{E}{c^2}

Footoni lagunemine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Footon ei saa laguneda, kuna puudub temast kergema seisumassiga osake. Teiseks ei saa footon laguneda ka põhjusel, et liikudes valguse kiirusega tema jaoks (vastavalt erirelatiivsusteooriale) aeg seisab. Footoni jaoks toimub kiirgumine ja neeldumine samaaegselt jätmata vahepeal võimalust lagunemiseks.

Footoni nimetus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Albert Einstein nimetas oma teoorias footoneid valguskvantideks (das Lichtquant) (aastal 1909). Footoni nimetuse (tulenevalt kreekakeelsest sõnast φῶς phôs — valgus) pakkus esmakordselt välja füüsikakeemik Gilbert N. Lewis aastal 1926. Kuigi Lewis'e arendatav teooria heideti tema sisemiste mittevastavuste tõttu kiiresti kõrvale, siis nimetus footon sai kiiresti populaarseks.