3 Вопрос

В современной физике фотон — переносчик электромагнитного взаимодействия (часто называется элементарной частицей), фундаментальная составляющаясвета и всех других форм электромагнитного излучения.

компьютеров и сложных приложений в передаче данных (квантовая криптография).

Фотон изначально был назван «световым квантом» (das Lichtquant) его первооткрывателем, Альбертом Эйнштейном. Современное название, которое «фотон» получил от греческого слова φ?ς, «phos» (означает свет), было введено в 1926 химиком Гилбертом Н. Льюисом, который опубликовал теорию, в которой фотоны считались «несоздаваемыми» и «неразрушимыми». Хотя теория Льюиса никогда не использовалась, так как находилась в противоречии с экспериментами, термин фотон начал использоваться большинством физиков.

В физике, фотон обычно означается символом γ (греческая буква гамма). В химии и оптической инженерии, фотоны известно обозначение hν, где h — постоянная Планка и ν (греческая буква ню) — частота фотонов (произведение этих двух величин есть энергия фотона).

Физические свойства фотона

Фотон относится к калибровочным бозонам. Он не имеет массы покоя и электрического заряда, стабилен. Спин фотона равен 1, но из-за нулевой массы более правильное число — спиральность; по этой же причиневнутренняя чётность фотона не определена. Является истинно нейтральной частицей (или, иными словами, является античастицей для самого себя). Зарядовая чётность отрицательная. Фотон участвует в электромагнитноми гравитационном взаимодействии.

Фотон имеет нулевую массу покоя, не имеет электрического заряда и не распадается спонтанно в вакууме. Фотон может иметь одно из двух состояний поляризации и описывается тремя пространственными параметрами — составляющими волнового вектора, который определяет его длину волны λ и его направление распространения. Фотоны излучаются во многих природных процессах, например, при движении электрического заряда сускорением, когда атом или ядро переходят из возбужденного состояния в состояние с меньшей энергией, или при аннигиляции пары электрон - позитрон. При обратных процессах (возбуждение атома, рождение электрон-позитронных пар) происходит поглощение фотонов.

Поскольку фотон — безмассовая частица, он движется в вакууме со скоростью  с (скорость света в вакууме). Если его энергия равна Е, то импульс р связан с энергией соотношением Е=ср.

Для сравнения, для частиц с ненулевой массой покоя связь массы и импульса с энергией определяется формулой Е2=с2р2+m2c4 , как показано в специальной теории относительности.

Энергия и импульс фотона зависят только от его частоты ν (или, что то же самое, длины волны λ)

Используя формулу массы фотона, можно получить формулуимпульса фотона р = mc.

Если

p	импульс фотона,	(кг × м)/с
h	постоянная Планка, 6,626 × 10-34,	Дж × с
ν	частота излучения,	Гц = 1/с
λ	длина волны излучения в вакууме,	м
c	скорость света в вакууме, 3 × 108	м/с

то

.

При поглощении или отражении излучения фотоны благодаря наличию у них импульса создают давление (давление излучения).

Экспериментальные доказательства квантовых свойств излучения и корпускулярной природы фотона основываются на:

Эффект Комптона: при столкновении фотона с электроном часть энергии и импульса фотона передается электрону. Потеря фотоном энергии приводит к уменьшению его частоты. Скорость электрона после соударения определяется на основе закона сохранения импульса.  ЭффектКомптона  – рассеяние электромагнитного излучения на свободном электроне, сопровождающееся уменьшением частоты излучения (открыт А. Комптоном в 1923 г.). В этом процессе электромагнитное излучение ведёт себя как поток отдельных частиц – корпускул (которыми в данном случае являются кванты электромагнитного поля - фотоны), что доказывает двойственную – корпускулярно-волновую – природу электромагнитного излучения. С точки зрения классической электродинамики рассеяние излучения с изменением частоты невозможно.     Комптоновское рассеяние – это рассеяние на свободном электроне отдельного фотона с энергией Е = hν = hc/λ (h – постоянная Планка, ν – частота электромагнитной волны, λ – её длина, с – скорость света) и импульсом р = Е/с. Рассеиваясь на покоящемся электроне, фотон передаёт ему часть своей энергии и импульса и меняет направление своего движения. Электрон в результате рассеяния начинает двигаться. Фотон после рассеяния будет иметь энергию Е' = hν' (и частоту) меньшую, чем его энергия (и частота) до рассеяния. Соответственно после рассеяния длина волны фотона λ' увеличится. Из законов сохранения энергии и импульса следует, что длина волны фотона после рассеяния увеличится на величину

,

Билет номер 12

1(1,2)

Электромагнитная волна – синусоидальное электромагнитное колебание в пространстве. Общепринятое сокращение – ЭМВ. Электромагнитная волна – это свет, тепловые лучи невидимого инфракрасного диапазона, рентгеновские лучи и радиоволны. Разница лишь в мощности колебаний и длине волны.

Электромагнитная волна – распространяющееся в пространстве электромагнитное поле (колебания векторов  ). Вблизи заряда электрическое и магнитное поля изменяются со сдвигом фаз π/2.
На большом расстоянии от заряда электрическое и магнитные поля изменяются синфазно.
Электромагнитная волна поперечна. Направление скорости электромагнитной волны совпадает с направлением движения правого винта при повороте ручки буравчика вектора   к вектору  .
Причем в электромагнитной волне выполняется соотношение  , где  с – скорость света в вакууме.