A. Фотон

Фотон, его энергия и импульс

Порция светового излучения — квант света — обладает корпускулярными свойствами и может рассматриваться как элементарная частица, называемая фотоном. Фотоны являются носителями свойств электромагнитного поля. Чем выше частота излучения, тем сильнее проявляются корпускулярные (квантовые) свойства света.

Световые частицы — фотоны — обладают энергией

\(W_0 = h \nu = \frac{hc}{\lambda} , \)

где h — постоянная Планка, v — частота световой волны, \(\lambda\) — ее длина, с — скорость света.

Фотон всегда движется со скоростью света, и нет никакой системы отсчета, в которой бы он покоился. Значит, его масса m= 0 и соответственно (см. § 18.4) энергия фотона и его импульс связаны соотношением \(~W_0^2 - p^2c^2= 0.\) Откуда импульс фотона

\(p = \frac{W_0}{c} = \frac{h \nu}{c} = \frac{h}{\lambda}.\)

То, что фотон обладает импульсом, экспериментально подтверждается открытием светового давления (см. ниже § 19.6).

Если свет является монохроматическим, то все фотоны имеют одинаковые энергию и импульс.

Фотоны возникают (излучаются) при переходах атомов, молекул, ионов и атомных ядер из возбужденных энергетических состояний в состояния с меньшей энергией. Фотоны излучаются также при ускорении и торможении заряженных частиц, при распадах некоторых частиц и уничтожении (при аннигиляции) пары электрон — позитрон.

Процесс поглощения света веществом сводится к тому, что фотоны целиком передают свою энергию частицам вещества. Процесс поглощения света рассматривается в квантовой физике как дискретный и во времени, и в пространстве.

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — С. 561.