Foton

Fotonen zijn een verschijningsvorm van elektromagnetische straling. Afhankelijk van de gebruikte meetopstelling zal straling (een vorm van energie) zich voordoen als golven of als een stroom van massaloze energiedeeltjes, fotonen. Ze worden doorgaans aangeduid met het symbool γ (de derde Griekse letter, gamma).

Licht is niets anders dan elektromagnetische straling met een energieniveau dat door bepaalde cellen in onze ogen geabsorbeerd kan worden. Licht bestaat dus ook uit fotonen.

Fotonen kunnen binnen een atoom ontstaan als een elektron naar een lagere energietoestand terugvalt en de resterende energie in de vorm van een foton uitzendt. Fotonen kunnen ook opgewekt worden bij nucleaire processen, het terugvallen van een kern uit een geëxciteerde toestand naar een lagere energietoestand, kernsplijting en kernfusie. Ook bij de interactie tussen elementaire deeltjes of het spontane verval van één elementair deeltje naar een ander kunnen fotonen vrijkomen. Wanneer een elementair deeltje en zijn antideeltje botsen wordt alle massa omgezet in een energierijk foton. Elk elektromagnetisch veld dat in sterkte varieert produceert ook elektromagnetische straling (en dus fotonen).

In een vacuüm bewegen fotonen zich, zoals alle massaloze deeltjes noodzakelijkerwijze met de lichtsnelheid c, ongeveer 2,998 × 108 meter per seconde, voort. Licht met frequentie f bestaat uit fotonen met energie E:

E = hf impuls p

p = hf / c en de DeBroglie hypothese van impuls p

p = h / λ waar h de constante van Planck is (zie de dualiteit van golven en deeltjes). Terwijl fotonen zich door transparante media voortplanten, zullen ze vertragen naar gelang hun frequentie waardoor er refractie (breking) van het licht optreedt aan het grensvlak van twee transparante stoffen. Wit licht is samengesteld uit verschillende frequenties (kleuren): een spectrum.

Wetenschappers denken dat fotonen fundamentele deeltjes zijn met een eindige energie op de lichtsnelheid maar met rustmassa nul.

Einsteins algemene relativiteitstheorie voorspelde dat de baan van fotonen door zwaartekracht wordt beïnvloed. Dit was destijds (1905) volstrekt in tegenspraak met de heersende opvattingen, maar werd later bevestigd door waarnemingen. De aanname dat fotonen steeds op een rechte bewegen moest worden aangepast naar de aanname dat fotonen langs geodeten (zie differentiaalmeetkunde) bewegen, welke rechten zijn in een massaloze ruimte.