Foton – Física –

Después de muchos estudios realizados por científicos en la actualidad, sabemos que la luz está formada por diminutas partículas elementales, estas partículas fueron nombradas como fotones. Hay innumerables preguntas sobre la fotonesSin duda estas cuestiones impulsan el desarrollo de la ciencia, el estudio de estas partículas es cada vez más común e importante.

Sin embargo, la luz y su comportamiento no siempre fueron tan claros. Respecto a la luz, siempre han existido innumerables dudas para la humanidad, inicialmente y hasta el siglo XIX, se suponía que la luz viajaba a una velocidad infinita, es decir, era instantánea. En ese mismo siglo, experimentos llevados a cabo por varios científicos comenzaron a desentrañar algunos supuestos hasta ahora no comprobados, donde, por ejemplo, el uso de sistemas de espejos posicionados a grandes distancias, fue posible demostrar que la luz se propagaba con una cierta velocidad que no era infinita. , pero finitose sabe que la velocidad de la luz es c = 3×10⁸milisegundo).

Los estudios destinados a descubrir la naturaleza de la luz iban en aumento. Experimentos como el del físico británico Thomas Young en 1801, le permitieron al científico afirmar y probar que la luz era una onda electromagnética, esta conclusión se basó básicamente en el experimento donde la luz pasaba por una fina rendija y presentaba fenómenos de difracción e interferencia, tales como fenómenos son características del comportamiento de las olas.

Ilustra el efecto del experimento de doble rendija de Young, donde fue posible probar el comportamiento ondulatorio de la luz.

Hubo aún más dudas, por ejemplo, efectos como el fotoeléctrico descubierto a fines del siglo XIX, mostraba un comportamiento corpuscular de la luz, y ¿cómo la luz tiene una característica corpuscular o ondulatoria?

Finalmente, a principios del siglo XX, en 1905, hubo alguien que probó la dualidad onda-partícula de la luz, explicando satisfactoriamente el efecto, dando el nombre a la partícula luminosa del fotón, este científico fue Albert Einstein, quien explicó la tecnología fotoeléctrica. efecto que le valió un premio Nobel por el logro. Anteriormente, Max Planck también había investigado al respecto.

El fotón, como cualquier partícula, tiene cierta energía, y la relación de energía (E) y frecuencia (f) es proporcional y está relacionada por una constante, la constante de Planck (h), dada por la siguiente ecuación:

E = hf

Tanto la frecuencia como la constante de proporcionalidad deben expresarse a través de la característica angular, por lo que tenemos que:

Lo que nos lleva a determinar la energía del fotón mediante la ecuación:

Un fotón surge cuando un electrón de un átomo hace la transición entre dos estados de energía diferentes, cuando el electrón pasa de una capa interna a una externa al recibir energía, y si regresa al estado inicial, emite la energía correspondiente a esta diferencia.

Según la teoría de la relatividad de Einstein, la energía varía en función de la masa, según la ecuación E = mc^dos. Sustituyendo la energía, es decir, igualando las ecuaciones, podemos determinar la masa del fotón emitido.

El fotón no tiene masa en reposo, no puede estar en reposo, como aparece con la velocidad, recuerde que en el instante en que nace se constituye con la velocidad de la luz, la masa que determinamos luego de igualar las ecuaciones es una masa en movimiento, y un movimiento muy rápido.

Así, como hemos conocido, la masa y la velocidad del fotón, determinan su impulso:

Así, cuanto mayor es la frecuencia, mayor es la energía, mayor es el impulso de fotones y más evidentes son las propiedades corpusculares de la luz. Entonces los científicos pudieron probar que las fuentes de luz emitidas de diferentes colores, tienen fotones, porciones de energía que corresponden a las características de esa frecuencia.

A continuación se muestra una imagen muy interesante donde los científicos literalmente fotografiaron fotones:

Estos son fotones fotografiados en nanotubos de carbono, utilizando pulsos de electrones de muy alta velocidad. Las imágenes muestran los campos evanescentes en dos momentos y en dos polarizaciones diferentes. (Imagen: Zewail / Caltech)

Referencias:
Nussenzveig, HM – Curso de Física Básica: Óptica, Relatividad y Física Cuántica; vol.4. São Paulo: Blucher 1998.

Innovación tecnológica, los científicos filman fotones utilizando electrones. http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=cientistas-filmam-fotons-usando-eletrons&id=010165100211, consultado el 02/11/2010.

Physics Net – http://www.fisica.net/quantica/curso/fotons.php, consultado el 12/02/2010.