Photon
Les photons (du grec φως, qui signifie lumière), dans de nombreux modèles atomiques de la physique, sont des particules qui transmettent la lumière. En d'autres termes, la lumière est transportée dans l'espace par les photons. Le photon est une particule élémentaire qui est sa propre antiparticule. En mécanique quantique, chaque photon a un quantum d'énergie caractéristique qui dépend de la fréquence : Un photon associé à une lumière à une fréquence plus élevée aura plus d'énergie (et sera associé à une lumière à une longueur d'onde plus courte).
Les photons ont une masse au repos de 0 (zéro). Cependant, la théorie de la relativité d'Einstein dit qu'ils ont une certaine quantité de mouvement. Avant que le photon ne reçoive son nom, Einstein a relancé la proposition selon laquelle la lumière est constituée de morceaux d'énergie séparés (particules). Ces particules sont connues sous le nom de photons.
Un photon est généralement désigné par le symbole γ (gamma),
Un laser émet des photons.
Propriétés
Les photons sont des particules fondamentales. Bien qu'ils puissent être créés et détruits, leur durée de vie est infinie.
Dans le vide, tous les photons se déplacent à la vitesse de la lumière, c, qui est égale à 299 792 458 mètres (environ 300 000 kilomètres) par seconde.
Un photon a une fréquence donnée, qui détermine sa couleur. La technologie radio fait un grand usage de la fréquence. Au-delà du domaine visible, la fréquence est moins discutée, par exemple elle est peu utilisée pour distinguer les photons des rayons X et de l'infrarouge. La fréquence est équivalente à l'énergie quantique du photon, telle que rapportée par l'équation de la constante de Planck,
E = h f {\displaystyle E=hf}
,
où
E est l'énergie du photon, h
est la constante de Plank et f
est la fréquence de la lumière associée au photon. Cette fréquence, f, est généralement mesurée en cycles par seconde, ou de manière équivalente, en Hz. L'énergie quantique des différents photons est souvent utilisée dans les appareils photo et autres machines qui utilisent des rayonnements visibles et supérieurs au visible. En effet, ces photons sont suffisamment énergétiques pour ioniser les atomes.
Une autre propriété d'un photon est sa longueur d'onde. La fréquence f, la longueur d'onde et la vitesse de la lumière
c sont liées par l'équation,
c = f λ {\displaystyle c=f\lambda }
,
où λ {\displaystyle \lambda }
(lambda) est la longueur d'onde, ou la longueur de l'onde (généralement mesurée en mètres.)
Une autre propriété importante d'un photon est sa polarité. Si vous voyiez un photon géant venir droit sur vous, il pourrait apparaître comme une bande fouettant verticalement, horizontalement ou quelque part entre les deux. Les lunettes de soleil polarisées empêchent les photons de se balancer de haut en bas et de passer. C'est ainsi qu'elles réduisent l'éblouissement, car la lumière qui rebondit sur les surfaces a tendance à s'envoler de cette façon. Les écrans à cristaux liquides utilisent également la polarité pour contrôler quelle lumière passe à travers. Certains animaux peuvent voir la polarisation de la lumière.
Enfin, un photon a une propriété appelée spin. Le spin est lié à la polarisation circulaire de la lumière.
Interactions des photons avec la matière
La lumière est souvent créée ou absorbée lorsqu'un électron gagne ou perd de l'énergie. Cette énergie peut être sous forme de chaleur, d'énergie cinétique ou autre. Par exemple, une ampoule à incandescence utilise de la chaleur. L'augmentation de l'énergie peut pousser un électron vers le haut d'un niveau dans une enveloppe appelée "valence". Cela le rend instable et, comme toute chose, il veut être dans l'état d'énergie le plus bas. (Si être dans l'état d'énergie le plus bas est déroutant, prenez un crayon et laissez-le tomber. Une fois au sol, le crayon sera dans un état d'énergie plus faible). Lorsque l'électron retombe à un état énergétique inférieur, il doit libérer l'énergie qui l'a frappé et obéir à la conservation de l'énergie (l'énergie ne peut être ni créée ni détruite). Les électrons libèrent cette énergie sous forme de photons, et à des intensités plus élevées, ce photon peut être vu comme de la lumière visible.
Les photons et la force électromagnétique
En physique des particules, les photons sont responsables de la force électromagnétique. L'électromagnétisme est une idée qui combine l'électricité et le magnétisme. La lumière, qui est causée par l'électromagnétisme, est l'un des moyens courants par lesquels nous faisons l'expérience de l'électromagnétisme dans notre vie quotidienne. L'électromagnétisme est également responsable de la charge, qui est la raison pour laquelle vous ne pouvez pas pousser votre main à travers une table. Comme les photons sont les particules porteuses de force de l'électromagnétisme, ce sont aussi des bosons de jauge. Certaines matières, appelées matières noires, ne sont pas considérées comme affectées par l'électromagnétisme. Cela signifie que la matière noire n'a pas de charge et ne produit pas de lumière.
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Questions et réponses
Q : Qu'est-ce qu'un photon ?
R : Un photon est une particule élémentaire qui transmet la lumière et qui est sa propre antiparticule.
Q : Comment l'énergie d'un photon dépend-elle de la fréquence ?
R : L'énergie d'un photon est liée à sa fréquence, les photons de fréquence plus élevée ayant plus d'énergie et étant associés à des longueurs d'onde plus courtes.
Q : Qui a proposé que la lumière soit constituée de morceaux d'énergie distincts (particules) ?
R : Albert Einstein a proposé que la lumière soit constituée de morceaux d'énergie séparés (particules).
Q : Quel symbole est habituellement utilisé pour représenter un photon ?
R : Le symbole م (gamma) est habituellement utilisé pour représenter un photon.
Q : Un photon a-t-il une masse ?
R : Non, les photons n'ont pas de masse au repos. Cependant, selon la théorie de la relativité d'Einstein, ils ont une quantité de mouvement.
