править]Современные исследования

Как показали эксперименты в национальном метрологическом институте Германии Physikalisch-Technische Bundesanstalt, результаты которых опубликованы 24 апреля 2009 года в Physical Review Letters^[5], в мягком рентгеновском диапазоне длин волн при плотности мощности на уровне нескольких петаватт (10¹⁵ Вт) на квадратный сантиметр общепринятая теоретическая модель фотоэффекта может оказаться неверной.

Сравнительные количественные исследования различных материалов показали, что глубина взаимодействия между излучением и веществом существенно зависит от структуры атомов этого вещества и корреляции между внутренними электронными оболочками. В случае c ксеноном, который использовался в экспериментах, воздействие пакета фотонов в коротком импульсе приводит, по всей видимости, к одновременной эмиссии множества электронов с внутренних оболочек^[6].

Фото́н (от др.-греч. φῶς, род. пад. φωτός, «свет») — элементарная частица, квантэлектромагнитного излучения (в узком смысле — света). Это безмассовая частица, способная существовать только двигаясь со скоростью света.Электрический заряд фотона также равен нулю. Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях с проекцией спина на направление движения (спиральностью) ±1. Этому свойству в классической электродинамикесоответствует круговая правая и левая поляризация электромагнитной волны. Фотону как квантовой частице свойственен корпускулярно-волновой дуализм, он проявляет одновременно свойства частицы и волны. В физике фотоны обозначаются буквой γ. С точки зрения Стандартной модели фотон являетсякалибровочным бозоном. Виртуальные фотоны^[5] являются переносчикамиэлектромагнитного взаимодействия, таким образом обеспечивая взаимодействие, например, между двумя электрическими зарядами.^[6] Фотон — самая распространённая по численности частица во Вселенной. На один нуклонприходится не менее 20 миллиардов фотонов.^[7]

Состав:	элементарная частица
Семья:	бозон
Группа:	калибровочный бозон
Поколение:	—
Участвует вовзаимодействиях:	электромагнитное, гравитационное
Античастица:
Теоретически обоснована:	М. Планк (1900); А. Эйнштейн(1905—1917)
Обнаружена:	1923 (окончательное подтверждение)
Кол-во типов:
Масса:	0 (< 10−22 эВ)[1][2]
Время жизни:	стабилен
Каналы распада:	—
Электрический заряд:	0 (<10−35 e)[3][4]
Цветовой заряд:	—
Спин:
Кол-во спиновых состояний:

Фотон — безмассовая нейтральная частица. Спин фотона равен 1 (частица являетсябозоном), но из-за нулевой массы покоя более подходящей характеристикой являетсяспиральность, проекция спина частицы на направление движения. Фотон может находиться только в двух спиновых состояниях со спиральностью, равной . Этому свойству в классической электродинамике соответствует поперечностьэлектромагнитной волны.^[9]

Массу покоя фотона считают равной нулю, основываясь на эксперименте и теоретических обоснованиях, описанных выше. Поэтому скорость фотона равнаскорости света. По этой причине (не существует системы отсчёта, в которой фотон покоится) внутренняя чётность частицы не определена.^[9] Если приписать фотону наличие т. н. «релятивистской массы» (термин ныне выходит из употребления) исходя из соотношения то она составит Фотон — истинно нейтральная частица (тождественен своей античастице)^[49], поэтому его зарядовая чётностьотрицательна и равна −1. Вследствие закона сохранения зарядовой чётности и её мультипликативности в электромагнитных процессах невозможно превращение чётного числа фотонов в нечётное и наоборот (Теорема Фарри).

Фотон относится к калибровочным бозонам. Он участвует в электромагнитном игравитационном взаимодействии.^[9] Фотон не имеет электрического заряда и не распадается спонтанно в вакууме, стабилен. Фотон может иметь одно из двух состояний поляризации и описывается тремя пространственными параметрами — составляющими волнового вектора, который определяет его длину волны и направление распространения.

Фотоны излучаются во многих природных процессах, например, при движении электрического заряда с ускорением, при переходе атома или ядра из возбуждённого состояния в состояние с меньшей энергией, или при аннигиляции парыэлектрон-позитрон.^[50] При обратных процессах — возбуждение атома, рождение электрон-позитронных пар — происходит поглощение фотонов.^[51]

Если энергия фотона равна , то импульс связан с энергией соотношением , где — скорость света (скорость, с которой в любой момент времени движется фотон как безмассовая частица). Для сравнения, для частиц с ненулевой массой покоя связь массы и импульса с энергией определяется формулой , как показано в специальной теории относительности.^[52]

В вакууме энергия и импульс фотона зависят только от его частоты (или, что эквивалентно, от длины волны ):

,

,

и, следовательно, величина импульса есть:

,

где — постоянная Планка, равная ; — волновой вектор и — его величина (волновое число); — угловая частота. Волновой вектор указывает направление движения фотона. Спин фотона не зависит от частоты.

Классические формулы для энергии и импульса электромагнитного излучения могут быть получены исходя из представлений о фотонах. К примеру, давление излучения осуществляется за счёт передачи импульса фотонов телу при их поглощении. Действительно, давление — это сила, действующая на единицу площади поверхности, а сила равна изменению импульса, отнесённому ко времени этого изменения.^[53]