Foton

Fotonet eller lyskvant er ein elementærpartikkel, eit kvantum i det elektromagnetiske feltet og «grunnelementet» i lys og alle andre former for elektromagnetisk stråling. Det er òg kraftberar for den elektromagnetiske krafta. Fotonet flyttar seg med lysfarten og har i følgje relativitetsteorien derfor ikkje noko kvilemasse. Dermed vert effekten av den elektromagnetiske krafta lett synleg på både mikroskopisk og makroskopisk nivå. Dette gjer at ho er ei fundamentalkraft som verkar over lange avstandar. Som alle elementærpartiklar vert fotonet styrt av kvantemekanikk og har eigenskapar både som ei bølgje og som ein partikkel. Til dømes kan eit enkelt foton brytast av ei linse eller syne bølgjeinterferens, men samstundes fungere som ein partikkel som har ein endeleg, målbar kvantitativ masse. Det moderne omgrepet om foton vart utvikla gradvis av Albert Einstein i 1905 då han forklarte den fotoelektrisk effekten ved å la lyset få partikkeleigenskapar då dei eksperimentelle observasjonane ikkje høvde med den klassiske bølgjemodellen for lys. Særleg klargjorde fotonmodellen korleis lysenergien var avhengig av frekvensen, og forklarte korleis materie og stråling kunne vere i termisk likevekt. Han klargjorde òg avvikande observasjonar, som eigenskapane til svartlekamstråling, som andre fysikarar, mest kjend Max Planck, hadde prøvd å forklare ved å nytte delvis klassiske modellar, der lyset framleis vert skildra av Maxwell-likningane, men der materien sender ut og absorberer lys som kvantar. Sjølv om desse delvise klassiske modellane medverka til utviklinga av kvantemekanikk, beviste vidare eksperimentering hypotesen til Einstein om at lyset sjølv er kvantifisert. Desse kvantuma til lys er fotona. Energien (E) til eit foton er bestemt ved likninga E = hf, der h er Plancks konstant, som er 6,626 · 10-34 joule/Hz, og f er den frekvensen ein må la fotonet ha for å forklare bølgjeeigenskapane til lyset. I den moderne standardmodellen i partikkelfysikk er fotona skildra som ein nødvendig konsekvens av at fysiske lover har ein viss symmetri i kvart punkt i romtida. Dei vesentlege eigenskapane til foton, som lading, masse og spinn, vert avgjort av eigenskapane i denne gaugesymmetrien. Foton-omgrepet har ført til store framsteg i eksperimentell og teoretisk fysikk, som laserar, Bose–Einstein-kondensasjon, kvantefeltteori og probabilistisk tolking av kvantemekanikk. Det har vorte nytta innan fotokjemi, høgoppløyseleg mikroskopi og målingar av molekylavstandar. I nyare tid er foton studert innan emne som kvantedatamaskinar og for sofistikert bruk innan optisk kommunikasjon som kvantekryptografi.