Photon là gì

     

Cái các nhà đồ dùng lí call là photon, thì các người khác chỉ gọi là dễ dàng là ánh sáng. Là số đông lượng tử ánh sáng, photon là hầu như gói khả dĩ nhỏ dại nhất của tích điện điện từ. Nếu như bạn đang đọc nội dung bài viết này trên một màn hình hay trang giấy, thì đang xuất hiện những cái photon sở hữu hình ảnh về thế giới đi vào hai con mắt bạn.

Bạn đang xem: Photon là gì

Trong khoa học, photon không chỉ có dùng cho tình huống rọi sáng.

“Chúng hiện hữu ở phần đa nơi,” theo lời Richard Ruiz, một nhà nghiên cứu và phân tích tại Viện trang bị lí phân tử nhân ở Krakow, cha Lan, và là một trong những nhà lí thuyết đã tìm tìm nền thiết bị lí bắt đầu tại vật dụng Va chạm Hadron Lớn. “Photon có mặt khắp vị trí trong thiết bị lí hạt, thế nên bạn đa số quên béng về chúng.”

Photon đang tiếp nhiên liệu mang lại hàng cầm kỉ thăm khám phá, với nó vẫn là một trong công cụ đặc biệt quan trọng ngày nay.


*

Minh họa: Sandbox Studio, Chicago

Từ sóng, đến hạt, đến boson

Người ta đã nghiên cứu thực chất của ánh sáng kể từ thời xa xưa, với đều nhận thức sơ đẳng phát khởi từ các triết gia và học giả sống nghỉ ngơi Ai Cập, Mesopotamia, Ấn Độ và Hi Lạp. Từ nạm kỉ 17 mang lại đầu ráng kỉ 20, những nhà khoa học đã biết bao phen lui tới trước một thắc mắc đặc biệt: Ánh sáng hành xử dưới dạng hạt giỏi dạng sóng?

Vào năm 1690, Christiaan Huygens chào làng Traité de la Lumière, chuyên luận của ông về ánh sáng. Trong đó, ông mô tả tia nắng được cấu thành bởi các sóng hoạt động trong ether, gia công bằng chất liệu được mang đến là tràn ngập vũ trụ.

Isaac Newton tuyên cha quả quyết trong quyển Opticks năm 1704 của ông rằng ông không ưng ý như thế. Khi tia nắng phản xạ khỏi một bề mặt, nó hành xử giống như một quả bóng nảy ra; góc nhưng mà nó đi tới mặt phẳng bằng cùng với góc mà nó nảy ra. Newton cho rằng hiện tượng này, cùng nhiều hiện tượng khác, hoàn toàn có thể giải say mê được nếu ánh nắng được cấu thành vì chưng những hạt nhỏ dại li ti, ông hotline chúng là “tiểu thể” (corpuscule).

Một lăng kính thủy tinh làm khúc xạ một chùm ánh nắng trắng thành một dải cầu vồng nhiều màu sắc. Newton chú ý rằng khi ánh nắng bị khúc xạ đợt tiếp nhữa sau đó, qua một lăng kính máy hai, nó không thường xuyên phân chia màu sắc nữa; các màu ước vồng vẫn như cũ.

Newton cho rằng hiện tượng này có thể giải mê thích được bằng phương pháp giả sử rằng tia nắng trắng được cấu thành vì nhiều tiểu thể có size khác nhau. Ánh sáng sủa đỏ được cấu thành vì những đái thể khổng lồ nhất; ánh sáng tím được cấu thành bởi những tiểu thể nhỏ tuổi nhất. Newton cho rằng kích cỡ không giống nhau của chúng khiến cho các tè thể bị hút qua chất liệu thủy tinh ở những vận tốc khác nhau. Điều này khiến chúng bị phân tán, tạo thành mong vồng màu sắc không thể bị chia tách bóc nữa vì một lăng kính sản phẩm công nghệ hai.

Tuy nhiên, quy mô tiểu thể của Newton gồm một nhược điểm chí mạng.

Khi ánh nắng truyền sang một lỗ nhỏ, nó lan ra y y hệt như các gợn sóng li ty trong nước. Quy mô tiểu thể của Newton không thể lí giải hành trạng này, trong khi mô hình sóng của Huygens thì bao gồm thể.

Tuy vậy, các nhà khoa học có xu thế bác vứt Huygens và lắng nghe Newton – xét mang lại cùng thì thiết yếu Newton sẽ viết đề xuất quyển Principia, trong những quyển sách quan trọng nhất trong lịch sử khoa học.

Thế nhưng mô hình của Huygens dìm được không ít hậu thuẫn vào thời điểm năm 1801, lúc Thomas Young thực hiện thí nghiệm nhì khe. Trong thí điểm đó, Young cho 1 chùm ánh sáng trải qua hai lỗ nhỏ, ở tiếp giáp nhau, cùng tìm thấy rằng ánh sáng đi qua chúng tạo nên thành một hệ vân đặc biệt. Ở những khoảng đều đặn, ánh nắng tỏa ra từ hai khe gặp nhau giao thoa với nhau hoặc bức tốc – kết hợp thành ánh nắng cường độ bạo phổi hơn – hoặc triệu tiêu nhau. Y hệt như sóng vậy.

Khoảng năm thập kỉ sau đó, một xem sét khác liên tục củng vắt cho quy mô Huygens.

Vào năm 1850, Léon Foucalt so sánh tốc độ ánh sáng trong không gian với vận tốc ánh sáng sủa trong nước và tìm thấy rằng, trái với những quả quyết của Newton, ánh sáng không truyền đi nhanh hơn trong môi trường thiên nhiên đậm sệt hơn. Ráng vậy, y y như sóng vậy, nó chậm rì rì lại.

Mười một năm sau đó, James Clerk Maxwell chào làng Về những Đường Sức, trong số đó ông dự kiến sự tồn tại của sóng năng lượng điện từ. Maxwell lưu ý sự tương đương của chúng với sóng ánh sáng, chuyển ông tới kết luận rằng nhị hiện tượng là 1 trong những và tương tự nhau.

Xem thêm: Uốn Tóc Xong Có Nên Gội Đầu, Uốn Tóc Bao Lâu Thì Gội Đầu Để Tóc Vẫn Giữ Nếp

Có vẻ như quy mô Huygens vẫn giành phần thắng. Nhưng vào năm 1900, Max Planck tiếp cận một ý tưởng phát minh sẽ có tác dụng dấy lên một khái niệm bắt đầu về ánh sáng.

Planck lý giải một số hành trạng khó khăn hiểu của bức xạ bằng cách mô tả tích điện của sóng điện từ được phân thành từng gói rời rạc. Vào thời điểm năm 1905, Albert Einstein dựa vào khái niệm những gói năng lượng của Planck và ở đầu cuối đã dứt cuộc tranh luận hạt-hay-sóng – bằng cách tuyên bố nó là cả hai.

Như Einstein giải thích, ánh sáng hành xử vừa là hạt vừa là sóng, với năng lượng của mỗi hạt ánh sáng tương ứng với tần số của sóng.

Bằng bệnh của ông xuất phát từ các nghiên cứu về cảm giác quang điện – hiện tượng lạ ánh sáng đánh bật những electron liên kết lỏng lẽo ra khỏi kim loại. Nếu tia nắng chỉ truyền đi thành một sóng liên tục, thì câu hỏi chiếu tia nắng lên kim loại đủ lâu sẽ luôn luôn phóng mê thích electron, do năng lượng truyền sang trọng electron sẽ tích lũy theo thời gian.

Nhưng hiệu ứng quang điện không xảy ra theo biện pháp như thế. Vào thời điểm năm 1902, Philipp Lenard quan giáp được rằng chỉ ánh sáng trên một năng lượng nhất định – tốt sóng tia nắng trên một tần số khăng khăng – mới rất có thể đánh nhảy electron thoát ra khỏi kim loại. Và bên cạnh đó nó đánh bật khi tiếp xúc, ngay lập tức tức thời.

Trong trường hợp này, tia nắng hành xử tương tự hạt những hơn, y như một gói tích điện rời rạc.

Vẫn bị thuyết phục bởi mô hình sóng về ánh sáng, Robert Millikan đã triển khai thí nghiệm chưng bỏ mang thuyết của Einstein. Millikan đã triển khai các phép đo sâu sắc về mối tương tác giữa ánh nắng và electron trong hiện tượng kỳ lạ quang điện. Trước sự bất thần của ông, ông chứng thực mỗi dự đoán của Einstein là đúng.

Nghiên cứu giúp của Einstein về hiệu ứng quang năng lượng điện đã đem lại cho ông Giải Nobel đồ gia dụng lí năm 1921.

Vào năm 1923, Arthur Compton hỗ trợ thêm một hậu thuẫn cho quy mô của Einstein về ánh sáng. Compton chiếu ánh sáng năng lượng cao vào kim loại, và ông dự đoán thành công góc tán xạ của những electron được giải phóng. Ông làm cho được như vậy bằng cách giả định rằng ánh nắng hành xử y như những trái billard nhỏ.

Nhà chất hóa học Gilbert Lewis đã từng đi tới một tên gọi cho hồ hết quả billard này. Trong một bức thư gởi tạp chí Nature năm 1926, ông đã gọi chúng là “photon”.

Cách những nhà kỹ thuật nghĩ về photon thường xuyên phát triển trong những năm sát đây. Trước tiên, photon ngày nay được gọi là 1 trong những “boson chuẩn”.

Boson chuẩn là phần lớn hạt với lực có thể chấp nhận được các phân tử vật hóa học tương tác thông qua các lực cơ bản. Ví dụ, những nguyên tử bám dính nhau bởi bởi các proton tích điện dương trong phân tử nhân của chúng hoán thay đổi photon với các electron tích năng lượng điện âm quay xung quanh chúng – một tương tác thông qua lực năng lượng điện từ.

Thứ hai, photon ngày này được coi là một hạt, một sóng, với một kích mê say – kiểu hệt như sóng – vào một trường lượng tử.

Xem thêm: Những Lời Chúc Sinh Nhật Tiếng Anh Ngắn Gọn, 30++ Câu Chúc Mừng Sinh Nhật Tiếng Anh Ngắn Gọn

Một ngôi trường lượng tử, lấy một ví dụ trường năng lượng điện từ, là một kiểu năng lượng và có tác dụng lan lan trong không gian. Các nhà trang bị lí xem mỗi hạt là 1 trong kích phù hợp của một trường lượng tử.

“Tôi ưa thích nghĩ về từng trường lượng tử như một phương diện hồ yên bình trên đó chúng ta không thể nhìn thấy bất kể thứ gì,” Ruiz nói. “Thế rồi các bạn ném một hòn đá cuội lên phương diện hồ, cùng mặt nước xáo cồn một chút. Đó là một trong hạt.”