| mean_lifetime = Stabiler

| decay_particle =

| electric_charge = 0

In der Physik ist ein Foton eine elementare Partikel, das Quant des Lichtes und alle anderen Formen der elektromagnetischen Radiation und das Kraft-Transportunternehmen für die elektromagnetische Kraft. Die Effekten dieser Kraft sind sowohl am mikroskopischen als auch an makroskopischen Niveau leicht erkennbar, weil das Foton keine Rest-Masse hat; das berücksichtigt Wechselwirkungen in langen Entfernungen. Wie alle elementaren Partikeln werden Fotonen zurzeit am besten durch die Quant-Mechanik und Ausstellungsstück-Dualität der Welle-Partikel erklärt, Eigenschaften von beiden Wellen ausstellend, und. Zum Beispiel kann ein einzelnes Foton durch eine Linse oder Ausstellungsstück-Welle-Einmischung mit sich gebrochen werden, sondern auch die Tat als eine Partikel, die ein bestimmtes Ergebnis gibt, wenn seine Position gemessen wird.

Das moderne Konzept des Fotons wurde allmählich von Albert Einstein entwickelt, um experimentelle Beobachtungen zu erklären, die das klassische Welle-Modell des Lichtes nicht gepasst haben. Insbesondere das Foton-Modell ist für die Frequenzabhängigkeit der Energie des Lichtes verantwortlich gewesen, und hat die Fähigkeit der Sache und Radiation erklärt, um im Thermalgleichgewicht zu sein. Es ist auch für anomale Beobachtungen einschließlich der Eigenschaften der schwarzen Körperradiation verantwortlich gewesen, dass sich andere Physiker, am meisten namentlich Max Planck, bemüht hatten, verwendende halbklassische Modelle zu erklären, in denen Licht noch durch die Gleichungen von Maxwell beschrieben wird, aber die materiellen Gegenstände, die ausstrahlen und Licht absorbieren, werden gequantelt. Obwohl diese halbklassischen Modelle zur Entwicklung der Quant-Mechanik beigetragen haben, haben weitere Experimente die Hypothese von Einstein gültig gemacht, dass Licht selbst gequantelt wird; die Quanten des Lichtes sind Fotonen.

Im Standardmodell der Partikel-Physik werden Fotonen als eine notwendige Folge von physischen Gesetzen beschrieben, die eine bestimmte Symmetrie an jedem Punkt in der Raum-Zeit haben. Die inneren Eigenschaften von Fotonen, wie Anklage, Masse und Drehung, werden durch die Eigenschaften dieser Maß-Symmetrie bestimmt.

Das Foton-Konzept hat zu bedeutsamen Fortschritten im experimentellen und der theoretischen Physik, wie Laser, Kondensation von Bose-Einstein, Quant-Feldtheorie und die probabilistic Interpretation der Quant-Mechanik geführt. Es ist auf die Photochemie, hochauflösende Mikroskopie und Maße von molekularen Entfernungen angewandt worden. Kürzlich sind Fotonen als Elemente von Quant-Computern und für hoch entwickelte Anwendungen in der optischen Kommunikation wie Quant-Geheimschrift studiert worden.

Nomenklatur

1900 arbeitete Max Planck an der Radiation des schwarzen Körpers und hat vorgeschlagen, dass die Energie in elektromagnetischen Wellen nur in "Paketen" der Energie veröffentlicht werden konnte. In seinem 1901-Artikel in Annalen der Physik hat er diese Pakete "Energieelemente" genannt. Die Wortquanten (einzigartiges Quant) wurden sogar vor 1900 verwendet, um Partikeln oder Beträge von verschiedenen Mengen einschließlich der Elektrizität zu bedeuten. Später 1905 ist Albert Einstein weiter gegangen, indem er vorgeschlagen hat, dass elektromagnetische Wellen nur in diesen getrennten Welle-Paketen bestehen konnten. Er hat solch ein Welle-Paket das leichte Quant genannt (Deutsch: das Lichtquant). Das Namenfoton ist auf das griechische Wort für das Licht zurückzuführen, (hat phôs transliteriert), und wurde 1926 vom physischen Chemiker Gilbert Lewis ins Leben gerufen, der eine spekulative Theorie veröffentlicht hat, in der Fotonen "uncreatable und unzerstörbar" waren. Obwohl die Theorie von Lewis nie akzeptiert wurde, weil ihr durch viele Experimente widersprochen wurde, wurde sein neuer Name, Foton, sofort von den meisten Physikern angenommen. Isaac Asimov schreibt Arthur Compton das Definieren von Quanten der Energie als Fotonen 1923 zu.

In der Physik wird ein Foton gewöhnlich durch das Symbol γ (das griechische Brief-Gamma) angezeigt. Dieses Symbol für das Foton ist wahrscheinlich auf Gammastrahlung zurückzuführen, die 1900 von Paul Villard entdeckt wurde, der von Ernest Rutherford 1903 genannt ist und gezeigt ist, eine Form der elektromagnetischen Radiation 1914 durch Rutherford und Edward Andrade zu sein. In der Chemie und optischen Technik werden Fotonen gewöhnlich durch hν, die Energie eines Fotons symbolisiert, wo h die Konstante von Planck ist, und der griechische Brief ν ist (nu) die Frequenz des Fotons. Viel weniger allgemein kann das Foton durch hf symbolisiert werden, wo seine Frequenz durch f angezeigt wird.

Physikalische Eigenschaften

Das Foton ist massless, hat keine elektrische Anklage und ist stabil. Ein Foton hat zwei mögliche Polarisationsstaaten und wird durch genau drei dauernde Rahmen beschrieben: Die Bestandteile seines Welle-Vektoren, die seine Wellenlänge λ und seine Richtung der Fortpflanzung bestimmen. Das Foton ist das Maß boson für den Elektromagnetismus, und deshalb sind alle anderen Quantenzahlen des Fotons (wie Lepton-Zahl, Baryonenzahl und Geschmack-Quantenzahlen) Null.

Fotonen werden in vielen natürlichen Prozessen ausgestrahlt. Zum Beispiel, wenn eine Anklage beschleunigt wird, strahlt sie Synchrotron-Radiation aus. Während eines molekularen Atom- oder Kernübergangs zu einem niedrigeren Energieniveau werden Fotonen der verschiedenen Energie vom Infrarotlicht bis Gammastrahlung ausgestrahlt. Ein Foton kann auch ausgestrahlt werden, wenn eine Partikel und sein entsprechendes Antiteilchen (zum Beispiel, Elektronpositron-Vernichtung) vernichtet werden.

Im leeren Raum sind die Foton-Bewegungen an c (die Geschwindigkeit des Lichtes) und seine Energie und Schwung dadurch verbunden, wo p der Umfang des Schwung-Vektoren p ist. Das ist auf die folgende relativistische Beziehung zurückzuführen, mit:

:

Die Energie und der Schwung eines Fotons hängen nur von seiner Frequenz (ν) oder umgekehrt, seine Wellenlänge (λ) ab:

::

wo k der Welle-Vektor ist (wo die Welle-Zahl), ist die winkelige Frequenz, und ist der reduzierte unveränderliche Planck.

Seitdem p Punkte in der Richtung auf die Fortpflanzung des Fotons, der Umfang des Schwungs ist

:

Das Foton trägt auch Drehung winkeliger Schwung, der von seiner Frequenz nicht abhängt. Der Umfang seiner Drehung ist, und der Bestandteil, der entlang seiner Richtung der Bewegung, seinem helicity gemessen ist, muss ±ħ sein. Diese zwei möglichen helicities, genannt rechtshändig und linkshändig, entsprechen den zwei möglichen kreisförmigen Polarisationsstaaten des Fotons.

Um die Bedeutung dieser Formeln zu illustrieren, muss die Vernichtung einer Partikel mit seinem Antiteilchen im freien Raum auf die Entwicklung von mindestens zwei Fotonen aus dem folgenden Grund hinauslaufen. Im Zentrum des Massenrahmens haben die kollidierenden Antiteilchen keinen Nettoschwung, wohingegen ein einzelnes Foton immer Schwung hat (da es bestimmt wird, wie wir, nur durch die Frequenz oder Wellenlänge des Fotons gesehen haben — der Null nicht sein kann). Folglich verlangt die Bewahrung des Schwungs (oder gleichwertig, Übersetzungsinvariance), dass mindestens zwei Fotonen mit dem Nullnettoschwung geschaffen werden. (Jedoch ist es möglich, wenn das System mit einer anderen Partikel oder Feld für die Vernichtung aufeinander wirkt, um ein Foton, als zu erzeugen, wenn ein Positron mit einem bestimmten Atomelektron vernichtet, ist es für nur ein Foton möglich, ausgestrahlt zu werden, weil das Kernampere-Sekunde-Feld Übersetzungssymmetrie bricht.) Die Energie der zwei Fotonen, oder, gleichwertig, ihre Frequenz, kann von der Bewahrung von vier-Schwünge-bestimmt werden. Gesehen ein anderer Weg, das Foton kann als sein eigenes Antiteilchen betrachtet werden. Der Rückprozess, Paar-Produktion, ist der dominierende Mechanismus, durch den energiereiche Fotonen wie Gammastrahlung Energie verlieren, während sie Sache durchführen. Dieser Prozess ist die Rückseite der "Vernichtung zu einem Foton, das" im elektrischen Feld eines Atomkerns erlaubt ist.

Die klassischen Formeln für die Energie und den Schwung der elektromagnetischen Radiation können in Bezug auf Foton-Ereignisse wiederausgedrückt werden. Zum Beispiel ist der Druck der elektromagnetischen Radiation auf einem Gegenstand auf die Übertragung des Foton-Schwungs pro Einheitszeit und Einheitsgebiet zu diesem Gegenstand zurückzuführen, da Druck Kraft pro Einheitsgebiet ist und Kraft die Änderung im Schwung pro Einheitszeit ist.

Experimentelle Kontrollen über die Foton-Masse

Wie man

zurzeit versteht, ist das Foton ausschließlich massless, aber das ist eine experimentelle Frage. Wenn das Foton nicht ausschließlich massless Partikel ist, würde es sich mit der genauen Geschwindigkeit des Lichtes im Vakuum, c nicht bewegen. Seine Geschwindigkeit würde niedriger sein und von seiner Frequenz abhängen. Relativität würde dadurch ungekünstelt sein; die so genannte Geschwindigkeit des Lichtes, c, würde nicht dann die wirkliche Geschwindigkeit sein, an der sich Licht bewegt, aber eine Konstante der Natur, die die Höchstgeschwindigkeit ist, die jeder Gegenstand in der Raum-Zeit theoretisch erreichen konnte. So würde es noch die Geschwindigkeit von Raum-Zeit-Kräuselungen sein (Gravitationswellen und gravitons), aber es würde nicht die Geschwindigkeit von Fotonen sein.

Ein massives Foton würde andere Effekten ebenso haben. Das Gesetz der Ampere-Sekunde würde modifiziert, und das elektromagnetische Feld würde einen physischen Extragrad der Freiheit haben. Diese Effekten geben empfindlichere experimentelle Untersuchungen der Foton-Masse nach als die Frequenzabhängigkeit der Geschwindigkeit des Lichtes. Wenn das Gesetz der Ampere-Sekunde nicht genau gültig ist, dann würde das die Anwesenheit eines elektrischen Feldes innerhalb eines hohlen Leiters verursachen, wenn es einem elektrischen Außenfeld unterworfen wird. Das erlaubt so, das Gesetz der Ampere-Sekunde zur sehr hohen Präzision zu prüfen. Ein ungültiges Ergebnis solch eines Experimentes hat eine Grenze der M  10 eV/c festgelegt.

Schärfere obere Grenzen sind in Experimenten erhalten worden, die entworfen sind, um durch das galaktische Vektor-Potenzial verursachte Effekten zu entdecken. Obwohl das galaktische Vektor-Potenzial sehr groß ist, weil das galaktische magnetische Feld auf sehr langen Länge-Skalen besteht, ist nur das magnetische Feld erkennbar, wenn das Foton massless ist. Im Falle eines massiven Fotons würde der Massenbegriff das galaktische Plasma betreffen. Die Tatsache, dass keine solche Effekten gesehen werden, deutet an, dass ein oberer zur Foton-Masse m\} gebunden hat. Das galaktische Vektor-Potenzial kann auch direkt durch das Messen des auf einen magnetisierten Ring ausgeübten Drehmoments untersucht werden. Solche Methoden wurden verwendet, um die schärfere obere Grenze von 10eV/c zu erhalten (es ist M  0.999889861 zeV/c, oder, die Entsprechung von) gegeben von Particle Data Group.

Wie man

gezeigt hat, sind diese scharfen Grenzen von der Nichtbeobachtung der durch das galaktische Vektor-Potenzial verursachten Effekten Musterabhängiger gewesen. Wenn die Foton-Masse über den Mechanismus von Higgs dann erzeugt wird, ist die obere Grenze von m10 eV/c vom Test des Gesetzes der Ampere-Sekunde gültig.

Fotonen innerhalb von Supraleitern entwickeln wirklich eine wirksame Nichtnullrest-Masse; infolgedessen werden elektromagnetische Kräfte Innensupraleiter für kurze Strecken.

Historische Entwicklung

In den meisten Theorien bis zum achtzehnten Jahrhundert wurde Licht als geschildert, aus Partikeln zusammengesetzt werden. Da Partikel-Modelle für die Brechung, Beugung und Doppelbrechung des Lichtes nicht leicht verantwortlich sein können, wurden Wellentheorien des Lichtes von René Descartes (1637), Robert Hooke (1665), und Christian Huygens (1678) vorgeschlagen; jedoch sind Partikel-Modelle dominierend, hauptsächlich wegen des Einflusses von Isaac Newton geblieben. Am Anfang des neunzehnten Jahrhunderts haben Thomas Young und August Fresnel klar die Einmischung und Beugung des Lichtes demonstriert, und vor 1850 wurden Welle-Modelle allgemein akzeptiert. 1865 ist die Vorhersage von James Clerk Maxwell, dass Licht eine elektromagnetische Welle war — der experimentell 1888 durch die Entdeckung von Heinrich Hertz von Funkwellen bestätigt wurde — geschienen, der Endschlag zu Partikel-Modellen des Lichtes zu sein.

Die Wellentheorie von Maxwell ist jedoch für alle Eigenschaften des Lichtes nicht verantwortlich. Die Theorie von Maxwell sagt voraus, dass die Energie einer leichten Welle nur von seiner Intensität abhängt, nicht von seiner Frequenz; dennoch zeigen mehrere unabhängige Typen von Experimenten, dass die Energie, die durch das Licht Atomen gegeben ist, nur von der Frequenz des Lichtes abhängt, nicht von seiner Intensität. Zum Beispiel werden einige chemische Reaktionen nur durch das Licht der Frequenz höher provoziert als eine bestimmte Schwelle; das Licht der Frequenz tiefer als die Schwelle, egal wie intensiv, beginnt die Reaktion nicht. Ähnlich können Elektronen aus einem Metallteller durch das Polieren des Lichtes der genug hohen Frequenz darauf (die fotoelektrische Wirkung) vertrieben werden; die Energie des vertriebenen Elektrons ist nur mit der Frequenz des Lichtes verbunden, nicht mit seiner Intensität.

Zur gleichen Zeit haben Untersuchungen der blackbody Radiation mehr als vier Jahrzehnte (1860-1900) durch verschiedene in der Hypothese von Max Planck kulminierte Forscher ausgeführt, dass die Energie jedes Systems, das absorbiert oder elektromagnetische Radiation der Frequenz ν ausstrahlt, eine ganze Zahl ist, die eines Energiequants E=hν vielfach ist. Wie gezeigt, durch Albert Einstein, wie man annehmen muss, ist eine Form der Energie quantization für das Thermalgleichgewicht verantwortlich, das zwischen Sache und elektromagnetischer Radiation beobachtet ist; für diese Erklärung der fotoelektrischen Wirkung hat Einstein den 1921-Nobelpreis in der Physik erhalten.

Da die Theorie von Maxwell des Lichtes alle möglichen Energien der elektromagnetischen Radiation berücksichtigt, haben die meisten Physiker am Anfang angenommen, dass sich die Energie quantization aus etwas unbekannter Einschränkung auf die Sache ergeben hat, die absorbiert oder die Radiation ausstrahlt. 1905 war Einstein erst, um vorzuschlagen, dass Energie quantization ein Eigentum der elektromagnetischen Radiation selbst war. Obwohl er die Gültigkeit der Theorie von Maxwell akzeptiert hat, hat Einstein darauf hingewiesen, dass viele anomale Experimente erklärt werden konnten, ob die Energie einer Licht-Welle von Maxwellian in einem Punkt ähnliche Quanten lokalisiert wurde, die sich unabhängig von einander bewegen, selbst wenn die Welle selbst unaufhörlich über den Raum ausgebreitet wird. 1909 und 1916 hat Einstein gezeigt, dass, wenn das Gesetz von Planck der Radiation des schwarzen Körpers akzeptiert wird, die Energiequanten auch Schwung p=h/λ tragen müssen, sie flügge Partikeln machend. Dieser Foton-Schwung wurde experimentell von Arthur Compton beobachtet, für den er den Nobelpreis 1927 erhalten hat. Die Angelfrage war dann: Wie man die Wellentheorie von Maxwell des Lichtes mit seiner experimentell beobachteten Partikel-Natur vereinigt? Die Antwort auf diese Frage hat Albert Einstein für den Rest seines Lebens besetzt, und wurde in der Quant-Elektrodynamik und seinem Nachfolger, das Standardmodell gelöst (sieh den Zweiten quantization und Das Foton als ein Maß boson, unten).

Frühe Einwände

Die 1905 Vorhersagen von Einstein wurden experimentell auf mehrere Weisen in den ersten zwei Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts, wie nachgezählt, im Vortrag von Nobel von Robert Millikan nachgeprüft. Jedoch vor dem Experiment von Compton zeigend, dass Fotonen Schwung getragen haben, der zu ihrer Welle-Zahl (oder Frequenz) (1922) proportional ist, haben sich die meisten Physiker dagegen gesträubt zu glauben, dass elektromagnetische Radiation selbst particulate sein könnte. (Sieh zum Beispiel, die Vorträge von Nobel von Wien, Planck und Millikan.). Statt dessen gab es einen weit verbreiteten Glauben, dass sich Energie quantization aus etwas unbekannter Einschränkung auf die Sache ergeben hat, die absorbiert oder Radiation ausstrahlt. Einstellungen haben sich mit der Zeit geändert. Teilweise kann die Änderung zu Experimenten wie Compton verfolgt werden, der sich zerstreut, wo es viel schwieriger war, quantization nicht zuzuschreiben, um sich anzuzünden, um die beobachteten Ergebnisse zu erklären.

Sogar nach dem Experiment von Compton haben Niels Bohr, Hendrik Kramers und John Slater einen letzten Versuch gemacht, Maxwellian dauerndes elektromagnetisches Feldmodell des Lichtes, das so genannte BKS Modell zu bewahren. Um für die dann verfügbaren Daten verantwortlich zu sein, mussten zwei drastische Hypothesen gemacht werden:

1. Energie und Schwung werden nur im Durchschnitt in Wechselwirkungen zwischen Sache und Radiation erhalten, nicht in elementaren Prozessen wie Absorption und Emission. Das erlaubt, die sich diskontinuierlich ändernde Energie des Atoms (Sprung zwischen Energiestaaten) mit der dauernden Ausgabe der Energie in die Radiation beizulegen.
2. Kausalität wird aufgegeben. Zum Beispiel sind spontane Emissionen bloß durch ein "virtuelles" elektromagnetisches Feld veranlasste Emissionen.

Jedoch haben raffinierte Experimente von Compton gezeigt, dass Energieschwung außerordentlich gut in elementaren Prozessen erhalten wird; und auch dass das Rütteln des Elektrons und die Generation eines neuen Fotons in Compton, der sich zerstreut, Kausalität innerhalb 10 ps folgen. Entsprechend haben Bohr und seine Mitarbeiter ihr Modell "ein so ehrenhaftes Begräbnis gegeben wie möglich". Dennoch haben die Misserfolge des BKS Modells Werner Heisenberg in seiner Entwicklung der Matrixmechanik begeistert.

Einige Physiker haben auf dem Entwickeln halbklassischer Modelle verharrt, in denen elektromagnetische Radiation nicht gequantelt wird, aber Sache scheint, den Gesetzen der Quant-Mechanik zu folgen. Obwohl die Beweise für Fotonen von chemischen und physischen Experimenten vor den 1970er Jahren überwältigend waren, konnten diese Beweise nicht als absolut endgültig betrachtet werden; seitdem es sich auf die Wechselwirkung des Lichtes mit der Sache verlassen hat, konnte eine genug komplizierte Theorie der Sache im Prinzip für die Beweise verantwortlich sein. Dennoch wurden alle halbklassischen Theorien endgültig in den 1970er Jahren und 1980er Jahren durch Experimente der Foton-Korrelation widerlegt. Folglich, wie man betrachtet, wird die Hypothese von Einstein, dass quantization ein Eigentum des Lichtes selbst ist, bewiesen.

Dualität der Welle-Partikel und Unklarheitsgrundsätze

Fotonen, wie alle Quant-Gegenstände, stellen sowohl Welle ähnliche als auch einer Partikel ähnliche Eigenschaften aus. Ihre Doppelnatur der Welle-Partikel kann schwierig sein sich zu vergegenwärtigen. Das Foton zeigt klar Welle ähnliche Phänomene wie Beugung und Einmischung auf der Länge-Skala seiner Wellenlänge. Zum Beispiel experimentiert ein einzelnes Foton, das einen doppelten Schlitz durchführt, Länder am Schirm, der Einmischungsphänomene ausstellt, aber nur wenn kein Maß auf dem wirklichen Schlitz gemacht wurde, der wird stößt. Für die Partikel-Interpretation verantwortlich zu sein, dass Phänomen Wahrscheinlichkeitsvertrieb genannt wird, aber sich gemäß den Gleichungen von Maxwell benimmt. Jedoch bestätigen Experimente, dass das Foton nicht ein kurzer Puls der elektromagnetischen Radiation ist; es säubert nicht Ausbreitung, wie es sich fortpflanzt, noch es sich teilt, wenn es auf einen Balken splitter stößt. Eher scheint das Foton, eine einem Punkt ähnliche Partikel zu sein, da es absorbiert oder als Ganzes durch willkürlich kleine Systeme, Systeme ausgestrahlt wird, die viel kleiner sind als seine Wellenlänge, wie ein Atomkern (10 M über) oder sogar das einem Punkt ähnliche Elektron. Dennoch ist das Foton nicht eine einem Punkt ähnliche Partikel, deren Schussbahn probabilistically durch das elektromagnetische Feld, wie konzipiert, von Einstein und anderen gestaltet wird; diese Hypothese wurde auch durch die Experimente der Foton-Korrelation widerlegt, die oben zitiert sind. Gemäß unserem gegenwärtigen Verstehen wird das elektromagnetische Feld selbst durch Fotonen erzeugt, die sich der Reihe nach aus einer lokalen Maß-Symmetrie und den Gesetzen der Quant-Feldtheorie ergeben (sieh den Zweiten quantization und das Maß boson Abteilungen unten).

Ein Schlüsselelement der Quant-Mechanik ist der Unklarheitsgrundsatz von Heisenberg, der das gleichzeitige Maß der Position und den Schwung einer Partikel entlang derselben Richtung verbietet. Bemerkenswert verlangt der Unklarheitsgrundsatz für beladene, materielle Partikeln den quantization des Lichtes in Fotonen und sogar die Frequenzabhängigkeit der Energie und Schwungs des Fotons. Eine elegante Illustration ist das Gedanke-Experiment von Heisenberg, für ein Elektron mit einem idealen Mikroskop ausfindig zu machen. Die Position des Elektrons kann zu innerhalb der Auflösungsmacht des Mikroskops bestimmt werden, das durch eine Formel von der klassischen Optik gegeben wird

:

\Delta x \sim \frac {\\Lambda} {\\sündigen \theta }\

</Mathematik>

wo der Öffnungswinkel des Mikroskops ist. So kann die Positionsunklarheit willkürlich klein durch das Reduzieren der Wellenlänge λ gemacht werden. Der Schwung des Elektrons ist unsicher, seitdem es einen "Stoß" vom leichten Zerstreuen davon ins Mikroskop erhalten hat. Wenn Licht in Fotonen nicht gequantelt wurde, konnte die Unklarheit willkürlich klein durch das Reduzieren der Intensität des Lichtes gemacht werden. In diesem Fall da können die Wellenlänge und Intensität des Lichtes unabhängig geändert werden, man konnte gleichzeitig die Position und den Schwung zur willkürlich hohen Genauigkeit bestimmen, den Unklarheitsgrundsatz verletzend. Im Vergleich bewahrt die Formel von Einstein für den Foton-Schwung den Unklarheitsgrundsatz; da das Foton überall innerhalb der Öffnung gestreut wird, kommt die Unklarheit des übertragenen Schwungs gleich

:

\Delta p \sim p_ {\\Text {Foton}} \sin\theta = \frac {h} {\\Lambda} \sin\theta

</Mathematik>

das Geben des Produktes, das der Unklarheitsgrundsatz von Heisenberg ist. So wird die ganze Welt gequantelt; sowohl Sache als auch Felder müssen einer konsistenten Menge von Quant-Gesetzen folgen, wenn jeder gequantelt werden soll.

Der analoge Unklarheitsgrundsatz für Fotonen verbietet das gleichzeitige Maß der Zahl von Fotonen (sieh den Staat Fock und die Zweite quantization Abteilung unten) in einer elektromagnetischen Welle und der Phase dieser Welle

:

\Delta n \Delta \phi> 1

</Mathematik>

Sieh zusammenhängenden Staat, und hat zusammenhängenden Staat für mehr Details gedrückt.

Beide Fotonen und materielle Partikeln wie Elektronen schaffen analoge Einmischungsmuster, wenn sie ein Experiment des doppelten Schlitzes durchführen. Für Fotonen entspricht das der Einmischung einer Licht-Welle von Maxwell, wohingegen, für materielle Partikeln, das der Einmischung der Wellengleichung von Schrödinger entspricht. Obwohl diese Ähnlichkeit darauf hinweisen könnte, dass die Gleichungen von Maxwell einfach die Gleichung von Schrödinger für Fotonen sind, stimmen die meisten Physiker nicht zu. Erstens einmal sind sie mathematisch verschieden; am offensichtlichsten löst eine Gleichung von Schrödinger für ein kompliziertes Feld, wohingegen die vier Gleichungen von Maxwell für echte Felder lösen. Mehr allgemein kann das normale Konzept einer Wahrscheinlichkeitswelle-Funktion von Schrödinger nicht auf Fotonen angewandt werden. massless seiend, können sie nicht lokalisiert werden ohne, zerstört zu werden; technisch können Fotonen keine Position eigenstate, und so haben, der normale Unklarheitsgrundsatz von Heisenberg gehört Fotonen nicht. Einige Ersatz-Welle-Funktionen sind für das Foton angedeutet worden, aber sie sind in allgemeinen Gebrauch nicht eingetreten. Statt dessen akzeptieren Physiker allgemein die gequantelte an die zweite Stelle Theorie von Fotonen, die unten, Quant-Elektrodynamik beschrieben sind, in der Fotonen gequantelte Erregung von elektromagnetischen Weisen sind.

Modell von Bose-Einstein eines Foton-Benzins

1924 hat Satyendra Nath Bose das Gesetz von Planck der Radiation des schwarzen Körpers abgeleitet, ohne jeden Elektromagnetismus, aber eher eine Modifizierung des grobkörnigen Zählens des Phase-Raums zu verwenden. Einstein hat gezeigt, dass diese Modifizierung zum Annehmen gleichwertig ist, dass Fotonen streng identisch sind, und dass sie eine "mysteriöse nichtlokale Wechselwirkung einbezogen hat" hat jetzt als die Voraussetzung für ein symmetrisches Quant mechanischer Staat verstanden. Diese Arbeit hat zum Konzept zusammenhängender Staaten und der Entwicklung des Lasers geführt. In denselben Zeitungen hat Einstein den Formalismus von Bose zu materiellen Partikeln (bosons) erweitert und hat vorausgesagt, dass sie sich in ihren niedrigsten Quant-Staat an niedrig genug Temperaturen verdichten würden; diese Kondensation von Bose-Einstein wurde experimentell 1995 beobachtet.

Die moderne Ansicht darauf besteht darin, dass Fotonen, auf Grund von ihrer Drehung der ganzen Zahl, bosons (im Vergleich mit fermions mit der Drehung der halbganzen Zahl) sind. Durch den Drehungsstatistik-Lehrsatz folgen alle bosons Statistik von Bose-Einstein (wohingegen alle fermions Fermi-Dirac Statistik folgen).

Stimulierte und spontane Emission

1916 hat Einstein gezeigt, dass das Strahlengesetz von Planck aus einer halbklassischen, statistischen Behandlung von Fotonen und Atomen abgeleitet werden konnte, der eine Beziehung zwischen den Raten einbezieht, an denen Atome ausstrahlen und Fotonen absorbieren. Die Bedingung folgt aus der Annahme, dass Licht ausgestrahlt und durch Atome unabhängig gefesselt wird, und dass das Thermalgleichgewicht durch die Wechselwirkung mit Atomen bewahrt wird. Denken Sie eine Höhle im Thermalgleichgewicht und gefüllt mit der elektromagnetischen Radiation und den Atomen, die ausstrahlen und diese Radiation absorbieren können. Thermalgleichgewicht verlangt, dass die Energiedichte von Fotonen mit der Frequenz (der zu ihrer Zahl-Dichte proportional ist) durchschnittlich rechtzeitig, unveränderlich ist; folglich muss die Rate, an der Fotonen jeder besonderen Frequenz ausgestrahlt werden, der Rate des Aufsaugens von ihnen gleichkommen.

Einstein hat begonnen, indem er einfache Proportionalitätsbeziehungen für die verschiedenen beteiligten Reaktionsraten verlangt hat. In seinem Modell ist die Quote für ein System, um ein Foton der Frequenz und des Übergangs von einer niedrigeren Energie bis eine höhere Energie zu absorbieren, zur Zahl von Atomen mit der Energie und zur Energiedichte von umgebenden Fotonen mit dieser Frequenz, proportional

:

R_ {ji} = N_ {j} B_ {ji} \rho (\nu) \!

</Mathematik>

wo die für die Absorption unveränderliche Rate ist. Für den Rückprozess gibt es zwei Möglichkeiten: Spontane Emission eines Fotons und eine Rückkehr zum Staat der niedrigeren Energie, der durch die Wechselwirkung mit einem vorübergehenden Foton begonnen wird. Die Annäherung von folgendem Einstein, die entsprechende Quote für die Emission von Fotonen der Frequenz und des Übergangs von einer höheren Energie bis eine niedrigere Energie sind

:

R_ {ij} = N_ {ich} A_ {ij} + N_ {ich} B_ {ij} \rho (\nu) \!

</Mathematik>

wo die Rate ist, die unveränderlich ist, für ein Foton spontan auszustrahlen, und die Rate ist, die unveränderlich ist, um es als Antwort auf umgebende Fotonen (veranlasste oder stimulierte Emission) auszustrahlen. Im thermodynamischen Gleichgewicht muss die Zahl von Atomen im Staat i und dieses von Atomen im Staat j durchschnittlich unveränderlich sein; folglich müssen die Raten und gleich sein. Außerdem durch Argumente, die der Abstammung der Statistik von Boltzmann, dem Verhältnis dessen analog sind, und ist, wo die Entartung des Staates i und dieser von j, beziehungsweise, ihren Energien, k der Boltzmann unveränderlich und T die Temperatur des Systems sind. Davon wird es das sogleich abgeleitet

und

:

A_ {ij} = \frac {8 \pi h \nu^ {3}} {c^ {3}} B_ {ij}.

</Mathematik>

Der A und Bakkalaureus der Naturwissenschaften sind als die Koeffizienten von Einstein insgesamt bekannt.

Einstein konnte seine Rate-Gleichungen nicht völlig rechtfertigen, aber hat behauptet, dass es möglich sein sollte, die Koeffizienten zu berechnen, und sobald Physiker "Mechanik und Elektrodynamik erhalten hatten, die modifiziert ist, um die Quant-Hypothese anzupassen". Tatsächlich, 1926, hat Paul Dirac die Rate-Konstanten im Verwenden einer halbklassischen Annäherung abgeleitet, und 1927 hat geschafft, alle Rate-Konstanten von den ersten Grundsätzen innerhalb des Fachwerks der Quant-Theorie abzuleiten. Die Arbeit von Dirac war das Fundament der Quant-Elektrodynamik, d. h., der quantization des elektromagnetischen Feldes selbst. Die Annäherung von Dirac wird auch den zweiten quantization oder die Quant-Feldtheorie genannt; früheres Quant mechanische Behandlungen behandelt nur materielle Partikeln als Quant mechanisch, nicht das elektromagnetische Feld.

Einstein wurde durch die Tatsache beunruhigt, dass seine Theorie unvollständig geschienen ist, seitdem sie die Richtung eines spontan ausgestrahlten Fotons nicht bestimmt hat. Eine probabilistic Natur der Bewegung der leichten Partikel wurde zuerst von Newton in seiner Behandlung der Doppelbrechung und, mehr allgemein, des Aufspaltens von leichten Balken an Schnittstellen in einen übersandten Balken und einen widerspiegelten Balken betrachtet. Newton hat Hypothese aufgestellt, dass verborgene Variablen in der leichten Partikel bestimmt haben, welchem Pfad sie folgen würde. Ähnlich hat Einstein auf eine mehr ganze Theorie gehofft, die nichts verlassen würde, um sich zu ereignen, seine Trennung von der Quant-Mechanik beginnend. Komischerweise wurde die probabilistic Interpretation von Max Born der Welle-Funktion durch die spätere Arbeit von Einstein begeistert, die nach einer mehr ganzen Theorie sucht.

Der zweite quantization

1910 hat Peter Debye das Gesetz von Planck der Radiation des schwarzen Körpers von einer relativ einfachen Annahme abgeleitet. Er hat richtig das elektromagnetische Feld in einer Höhle in seine Weisen von Fourier zersetzt und hat angenommen, dass die Energie in jeder Weise eine ganze Zahl war, die dessen vielfach ist, wo die Frequenz der elektromagnetischen Weise ist. Das Gesetz von Planck der Radiation des schwarzen Körpers folgt sofort als eine geometrische Summe. Jedoch hat die Annäherung von Debye gescheitert, die richtige Formel für die Energieschwankungen der blackbody Radiation zu geben, die von Einstein 1909 abgeleitet wurden.

1925, Geboren, haben Heisenberg und der Jordan das Konzept von Debye in einem Schlüssel Weg wiederinterpretiert. Wie klassisch, die Weisen von Fourier des elektromagnetischen Feldes gezeigt werden kann — ist ein ganzer Satz von elektromagnetischen Flugzeug-Wellen, die durch ihren Welle-Vektoren k und Polarisationsstaat mit einem Inhaltsverzeichnis versehen sind — zu einer Reihe ausgeschalteter einfacher harmonischer Oszillatoren gleichwertig. Behandeltes Quant mechanisch, wie man bekannt, sind die Energieniveaus solcher Oszillatoren, wo die Oszillator-Frequenz ist. Der Schlüssel neuer Schritt war, eine elektromagnetische Weise mit der Energie als ein Staat mit Fotonen, jeder der Energie zu identifizieren. Diese Annäherung gibt die richtige Energieschwankungsformel.

Dirac hat diesen Schritt weiter gemacht. Er hat die Wechselwirkung zwischen einer Anklage und einem elektromagnetischen Feld als eine kleine Unruhe behandelt, die Übergänge in den Foton-Staaten veranlasst, die Zahlen von Fotonen in den Weisen ändernd, während sie Energie und Schwung insgesamt erhält. Dirac ist im Stande gewesen, Einstein und Koeffizienten von den ersten Grundsätzen abzuleiten und hat gezeigt, dass die Statistik von Bose-Einstein von Fotonen eine natürliche Folge ist, das elektromagnetische Feld richtig zu quanteln (das Denken von Bose ist in die entgegengesetzte Richtung hineingegangen; er hat das Gesetz von Planck der schwarzen Körperradiation abgeleitet, indem er angenommen hat, Statistik SEIN). In der Zeit von Dirac war es noch nicht bekannt, dass der ganze bosons, einschließlich Fotonen, folgen muss, Statistik SEIN.

Die Unruhe-Theorie der zweiten Ordnung von Dirac kann virtuelle Fotonen, vergängliche Zwischenstaaten des elektromagnetischen Feldes einschließen; die statischen elektrischen und magnetischen Wechselwirkungen werden durch solche virtuellen Fotonen vermittelt. In solchen Quant-Feldtheorien wird der Wahrscheinlichkeitsumfang von erkennbaren Ereignissen durch das Summieren über alle möglichen Zwischenstufen, sogar berechnet, die unphysisch sind; folglich werden virtuelle Fotonen nicht beschränkt zu befriedigen, und können Extrapolarisationsstaaten haben; abhängig vom Maß können verwendete, virtuelle Fotonen drei oder vier Polarisationsstaaten statt der zwei Staaten von echten Fotonen haben. Obwohl diese vergänglichen virtuellen Fotonen nie beobachtet werden können, tragen sie messbar zu den Wahrscheinlichkeiten von erkennbaren Ereignissen bei. Tatsächlich können solche zweite Ordnung und höherwertige Unruhe-Berechnungen anscheinend unendliche Beiträge zur Summe geben. Solche unphysischen Ergebnisse werden korrigiert, für die Technik der Wiedernormalisierung zu verwenden. Andere virtuelle Partikeln können zur Summierung ebenso beitragen; zum Beispiel können zwei Fotonen indirekt durch virtuelle Elektronpositron-Paare aufeinander wirken. Tatsächlich wird solches Zerstreuen des Foton-Fotons, sowie das Elektronfoton-Zerstreuen, gemeint, um eine der Weisen von Operationen des geplanten Partikel-Gaspedals, des Internationalen Geradlinigen Collider zu sein.

In der modernen Physik-Notation wird der Quant-Staat des elektromagnetischen Feldes als der Staat Fock, ein Tensor-Produkt der Staaten für jede elektromagnetische Weise geschrieben

:

wo den Staat vertritt, in dem Fotonen in der Weise sind. In dieser Notation wird die Entwicklung eines neuen Fotons in der Weise (z.B, ausgestrahlt von einem Atomübergang) als geschrieben. Diese Notation drückt bloß das Konzept von Geborenen, Heisenberg und dem Jordan aus, der oben beschrieben ist, und fügt keine Physik hinzu.

Das Foton als ein Maß boson

Das elektromagnetische Feld kann als ein Maß-Feld, d. h. als ein Feld verstanden werden, das sich aus dem Verlangen ergibt, dass eine Maß-Symmetrie unabhängig an jeder Position in der Raum-Zeit hält. Für das elektromagnetische Feld ist diese Maß-Symmetrie der Abelian U (1) Symmetrie einer komplexen Zahl, die die Fähigkeit widerspiegelt, die Phase einer komplexen Zahl zu ändern, ohne observables oder echte geschätzte Funktionen zu betreffen, die davon, wie die Energie oder Lagrangian gemacht sind.

Die Quanten eines Maß-Feldes von Abelian müssen massless, unbeladener bosons sein, so lange die Symmetrie nicht gebrochen wird; folglich wird das Foton vorausgesagt, um massless zu sein, und elektrische Nullanklage und Drehung der ganzen Zahl zu haben. Die besondere Form der elektromagnetischen Wechselwirkung gibt an, dass das Foton Drehung ±1 haben muss; so muss sein helicity sein. Diese zwei Drehungsbestandteile entsprechen den klassischen Konzepten des rechtshändigen und linkshändigen kreisförmig polarisierten Lichtes. Jedoch können die vergänglichen virtuellen Fotonen der Quant-Elektrodynamik auch unphysische Polarisationsstaaten annehmen.

Im vorherrschenden Standardmodell der Physik ist das Foton einer vier messen bosons in der electroweak Wechselwirkung; die anderen drei werden W, W und Z angezeigt und sind für die schwache Wechselwirkung verantwortlich. Verschieden vom Foton messen diese bosons haben Masse infolge eines Mechanismus, der ihren SU (2) Maß-Symmetrie bricht. Die Vereinigung des Fotons mit W und Z-Maß-bosons in der electroweak Wechselwirkung wurde von Sheldon Glashow, Abdus Salam und Steven Weinberg vollbracht, für den sie dem 1979-Nobelpreis in der Physik zuerkannt wurden. Physiker setzen fort, großartige vereinigte Theorien Hypothese aufzustellen, die diese vier verbinden, misst Maß bosons mit den acht gluon bosons des Quants chromodynamics; jedoch sind Schlüsselvorhersagen dieser Theorien, wie Protonenzerfall, experimentell nicht beobachtet worden.

Beiträge zur Masse eines Systems

Die Energie eines Systems, das ein Foton ausstrahlt, wird durch die Energie des Fotons, wie gemessen, im Rest-Rahmen des Ausstrahlen-Systems vermindert, das auf die Verminderung der Masse im Betrag hinauslaufen kann. Ähnlich wird die Masse eines Systems, das ein Foton absorbiert, durch einen entsprechenden Betrag vergrößert. Als eine Anwendung wird das Energiegleichgewicht von Kernreaktionen, die mit Fotonen verbunden sind, in Bezug auf die Massen der Kerne beteiligt, und Begriffe der Form für die Gammafotonen (und für andere relevante Energien, wie die Rückstoß-Energie von Kernen) allgemein geschrieben.

Dieses Konzept wird in Schlüsselvorhersagen der Quant-Elektrodynamik angewandt (QED, sieh oben). In dieser Theorie wird die Masse von Elektronen (oder, mehr allgemein, leptons) durch das Umfassen der Massenbeiträge von virtuellen Fotonen in einer als Wiedernormalisierung bekannten Technik modifiziert. Solche "Strahlungskorrekturen" tragen zu mehreren Vorhersagen QED, wie der magnetische Dipolmoment von leptons, der Verschiebung von Lamb und der Hyperfeinstruktur von bestimmten lepton Paaren, wie muonium und positronium bei.

Da Fotonen zum Betonungsenergie-Tensor beitragen, üben sie eine Gravitationsanziehungskraft auf andere Gegenstände gemäß der Theorie der allgemeinen Relativität aus. Umgekehrt werden Fotonen selbst durch den Ernst betroffen; ihre normalerweise geraden Schussbahnen können durch die verzogene Raum-Zeit, als in Gravitationslensing gebogen werden, und ihre Frequenzen können durch das Bewegen zu einem höheren Gravitationspotenzial, als im Experiment des Pfundes-Rebka gesenkt werden. Jedoch sind diese Effekten zu Fotonen nicht spezifisch; genau würden dieselben Effekten für klassische elektromagnetische Wellen vorausgesagt.

Fotonen in der Sache

Licht, das durch die durchsichtige Sache reist, tut so mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als c, der Geschwindigkeit des Lichtes in einem Vakuum. Außerdem kann Licht auch das Zerstreuen und die Absorption erleben. Es gibt Verhältnisse, in denen die Wärmeübertragung durch ein Material größtenteils Strahlungs-ist, mit Emission und Absorption von Fotonen innerhalb seiner verbunden seiend. Ein Beispiel würde im Kern der Sonne sein. Energie kann ungefähr eine Million Jahre nehmen, um die Oberfläche zu erreichen. Jedoch ist dieses Phänomen von der gestreuten Radiation verschieden, die weitschweifig durch die Sache geht, weil es lokale Äquilibrierung zwischen der Radiation und der Temperatur einschließt. So ist die Zeit, wie lange sie die Energie nimmt, nicht die Fotonen selbst übertragen zu werden. Einmal in der Lichtung nimmt ein Foton von der Sonne nur 8.3 Minuten, um Erde zu erreichen. Der Faktor, durch den die Geschwindigkeit des Lichtes in einem Material vermindert wird, wird den Brechungsindex des Materials genannt. In einem klassischen Welle-Bild kann das Verlangsamen durch die leichte veranlassende elektrische Polarisation in der Sache, die polarisierte Sache erklärt werden, die neues Licht und das neue Licht ausstrahlt, das die ursprüngliche leichte Welle stört, um eine verzögerte Welle zu bilden. In einem Partikel-Bild kann das Verlangsamen stattdessen als ein Mischen des Fotons mit Quant-Erregung der Sache (Quasipartikeln wie phonons und excitons) beschrieben werden, um einen polariton zu bilden; dieser polariton hat eine wirksame Nichtnullmasse, was bedeutet, dass er an c nicht reisen kann.

Wechselweise können Fotonen als immer angesehen werden, an c sogar in der Sache reisend, aber sie haben ihre Phase ausgewechselt (verzögert oder fortgeschritten) auf die Wechselwirkung mit Atomstreuungen: Das modifiziert ihre Wellenlänge und Schwung, aber nicht Geschwindigkeit. Eine leichte aus diesen Fotonen zusammengesetzte Welle reist wirklich langsamer als die Geschwindigkeit des Lichtes. In dieser Ansicht sind die Fotonen "bloß", und werden gestreut, und Phase ausgewechselt, während in der Ansicht vom vorhergehenden Paragrafen die Fotonen durch ihre Wechselwirkung mit der Sache "angekleidet" werden und sich bewegen ohne sich zu zerstreuen oder Phase-Verschiebung, aber mit einer niedrigeren Geschwindigkeit.

Das Licht von verschiedenen Frequenzen kann durch die Sache mit verschiedenen Geschwindigkeiten reisen; das wird Streuung genannt. In einigen Fällen kann es auf äußerst langsame Geschwindigkeiten des Lichtes in der Sache hinauslaufen. Die Effekten von Foton-Wechselwirkungen mit anderen Quasipartikeln können direkt im Zerstreuen von Raman und der Brillouin-Lichtstreuung beobachtet werden.

Fotonen können auch von Kernen, Atomen oder Molekülen gefesselt sein, Übergänge zwischen ihren Energieniveaus provozierend. Ein klassisches Beispiel ist der molekulare Übergang des Retinals CHO, der für die Vision, wie entdeckt, 1958 durch den Hofdichter-Biochemiker von Nobel George Wald und die Mitarbeiter verantwortlich ist. Die Absorption provoziert einen cis-trans isomerization, der, in der Kombination mit anderen solchen Übergängen, transduced in Nervenimpulse ist. Die Absorption von Fotonen kann sogar chemische Obligationen, als in der Phototrennung des Chlors brechen; das ist das Thema der Photochemie. Analog kann Gammastrahlung in einigen Verhältnissen, Atomkerne in einem Prozess genannt Photozerfall absondern.

Technologische Anwendungen

Fotonen haben viele Anwendungen in der Technologie. Diese Beispiele werden gewählt, um Anwendungen von Fotonen per se, aber nicht allgemeine optische Geräte wie Linsen usw. zu illustrieren, der laut einer klassischen Theorie des Lichtes funktionieren konnte. Der Laser ist eine äußerst wichtige Anwendung und wird oben unter der stimulierten Emission besprochen.

Individuelle Fotonen können durch mehrere Methoden entdeckt werden. Die klassische Photovermehrer-Tube nutzt die fotoelektrische Wirkung aus: Ein Foton, das auf einem Metallteller landet, vertreibt ein Elektron, eine jemals ausführlicher erläuternde Lawine von Elektronen beginnend. Chips des ladungsgekoppelten Halbleiterbausteins verwenden eine ähnliche Wirkung in Halbleitern: Ein Ereignis-Foton erzeugt eine Anklage auf einem mikroskopischen Kondensator, der entdeckt werden kann. Andere Entdecker wie Geigerzähler verwenden die Fähigkeit von Fotonen, Gasmoleküle zu ionisieren, eine feststellbare Änderung im Leitvermögen verursachend.

Die Energieformel von Planck wird häufig von Ingenieuren und Chemikern im Design verwendet, sowohl um die Änderung in der Energie zu schätzen, die sich aus einer Foton-Absorption ergibt als auch die Frequenz des für einen gegebenen Energieübergang ausgestrahlten Lichtes vorauszusagen. Zum Beispiel kann das Emissionsspektrum einer Neonlicht-Zwiebel mit Gasmolekülen mit verschiedenen elektronischen Energieniveaus entworfen werden und die typische Energie anpassend, mit der ein Elektron die Gasmoleküle innerhalb der Zwiebel schlägt.

Unter einigen Bedingungen kann ein Energieübergang durch "zwei" Fotonen aufgeregt sein, die individuell ungenügend sein würden. Das berücksichtigt höhere Entschlossenheitsmikroskopie, weil die Probe Energie nur im Gebiet absorbiert, wo zwei Balken von verschiedenen Farben bedeutsam überlappen, der viel kleiner gemacht werden kann als das Erregungsvolumen eines einzelnen Balkens (sieh Zwei-Fotonen-Erregungsmikroskopie). Außerdem verursachen diese Fotonen weniger Schaden der Probe, da sie der niedrigeren Energie sind.

In einigen Fällen können zwei Energieübergänge verbunden werden, so dass, weil ein System ein Foton absorbiert, ein anderes nahe gelegenes System seine Energie "stiehlt" und ein Foton einer verschiedenen Frequenz wiederausstrahlt. Das ist die Basis der Fluoreszenz-Klangfülle-Energieübertragung, eine Technik, die in der molekularen Biologie verwendet wird, um die Wechselwirkung von passenden Proteinen zu studieren.

Mehrere verschiedene Arten des Hardware-Zufallszahlengenerators schließen die Entdeckung von einzelnen Fotonen ein. In einem Beispiel für jedes Bit in der Zufallsfolge, die erzeugt werden soll, wird ein Foton an einen Balken-splitter gesandt. In solch einer Situation gibt es zwei mögliche Ergebnisse der gleichen Wahrscheinlichkeit. Das wirkliche Ergebnis wird verwendet, um zu bestimmen, ob das folgende Bit in der Folge "0" oder "1" ist.

Neue Forschung

Viel Forschung ist Anwendungen von Fotonen im Feld der Quant-Optik gewidmet worden. Fotonen scheinen gut passend, um Elemente eines äußerst schnellen Quant-Computers zu sein, und die Quant-Verwicklung von Fotonen ist ein Fokus der Forschung. Nichtlineare optische Prozesse sind ein anderes aktives Forschungsgebiet, mit Themen wie Zwei-Fotonen-Absorption, Selbstphase-Modulation, modulational Instabilität und optische parametrische Oszillatoren. Jedoch verlangen solche Prozesse allgemein die Annahme von Fotonen per se nicht; sie können häufig modelliert werden, indem sie Atome als nichtlineare Oszillatoren behandeln. Der nichtlineare Prozess von spontanen parametrisch unten Konvertierung wird häufig verwendet, um Staaten des einzelnen Fotons zu erzeugen. Schließlich sind Fotonen in einigen Aspekten der optischen Kommunikation besonders für die Quant-Geheimschrift notwendig.

Siehe auch

• Fortgeschrittene Foton-Quelle am Argonne nationalen Laboratorium
• Ballistisches Foton
• Doppler wechseln aus
• Elektromagnetische Radiation
• Laser
• Licht
• Narkoseäther von Luminiferous
• Medipix
• Phonons
• Foton-Polarisation
• Fotografie
• Photonics
• Quant-Optik
• Statische Kräfte und virtuelle Partikel tauschen aus
• Zwei-Fotonen-Physik
• EPR Paradox
• Gleichung von Dirac

Referenzen

Zusätzliche Verweisungen

Durch den Tag des Erscheinens:

• Spezielles ergänzendes Problem der Optik und Photonics Nachrichten (vol. 14, Oktober 2003) Artikel-Webverbindung

Ausbildung mit einzelnen Fotonen: