光子

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编辑本段ε光子起源

早在1900年，M.普朗克解释黑体辐射能量分布时作出量子假设，物质振子与辐射之间的能量交换是不连续的，一份一份的，每一份的能量为hν；1905年阿尔伯特·爱因斯坦进一步提出光波本身就不是连续的而具有粒子性，爱因斯坦称之为光量子；1923年 A.H.康普顿成功地用光量子概念解释了X光被物质散射时波长变化的康普顿效应，从而光量子概念被广泛接受和应用，1926年正式命名为光子。光子是由同样大小的正电粒子和负电粒子所组成，正电粒子中心与负电粒子中心的距离为光子的半径，正电粒子的直径等于负电粒子的直径等于光子的半径，正电粒子的质量等于负电粒子的质量。光子是以光速运动的旋转的电偶极子，旋转轴的方向与光的运动方向垂直，光子是在电子运动的离心力最大的地方发射的，即发射的方向、受力的方向和旋转轴的方向相互垂直。根据计算：中子的质量：1.674927211（84）×10^-27 千克；中子的半径：1.11337557（48）飞米；质子的质量：1.672621637（83）×10^-27 千克；质子的半径：1.11286448（48）飞米；电子的质量：9.10938215（45）×10^-31千克；电子的半径：0.090880914（40）飞米；光子的质量：9.347543（38）×10^-36 千克；光子的半径：0.0031349374（29）飞米。光子的能量：4.200577（17）×10^-19焦耳，2.621794（11）电子伏特，频率：6.339470（26）×10^14 赫兹，波长：472.8983（20）纳米，正好位于青蓝色的光的波长的中心位置473.5纳米附近。当光的质量大于临界质量时，很容易被电子所吸收或散射；当光的质量小于临界质量时，不太容易被电子所吸收，即很容易被电子很快发射掉；而处于临界质量附近的光子较容易被电子吸收，并向不同方向发射，由此而形成靑蓝色的天空。

编辑本段工作原理一飞米=10-15 m

量子电动力学确立后，确认光子是传递电磁相互作用的媒介粒子。带电粒子通过发射或吸收光子而相互作用，正反带电粒子对可湮没转化为光子，它们也可以在电磁场中产生。

光子从激光的相干光束中出射

光子是光线中携带能量的粒子。一个光子能量的多少∝光波的频率大小，频率越高, 能量越高。当一个光子被原子吸收时，就有一个电子获得足够的能量从而从内轨道跃迁到外轨道,具有电子跃迁的原子就从基态变成了激发态。光子具有能量，也具有动量，更具有质量，按照质能方程，E=MC^2=hν，求出M=hν/C^2,光子由于无法静止，所以它没有静止质量，这儿的质量是光子的相对论质量。

编辑本段相互作用

光子是传递电磁相互作用的基本粒子，是一种规范玻色子。光子是电磁辐射的载体，而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。与大多数基本粒子相比，光子的静止质量为零，这意味着其在真空中的传播速度是光速。与其他量子一样，光子具有波粒二象性：光子能够表现出经典波的折射、干涉、衍射等性质；而光子的粒子性则表现为和物质相互作用时不像经典的粒子那样可以传递任意值的能量，光子只能传递量子化的能量。对可见光而言，单个光子携带的能量约为4×10-19焦耳，这样大小的能量足以激发起眼睛上感光细胞的一个分子，从而引起视觉。除能量以外，光子还具有动量和偏振态，但单个光子没有确定的动量或偏振态。

编辑本段从何命名

光子起初被爱因斯坦命名为光量子。光子的现代英文名称photon源于希腊文φ?? （在罗马字下写为

光子操控

phoc ircs），是由物理化学家吉尔伯特·路易士在他的一个假设性理论中创建的。在路易士的理论中，photon指的是辐射能量的最小单位，其“不能被创造也不能被毁灭”。尽管由于这一理论与大多数实验结果相违背而从未得到公认，photon这一名称却很快

被很多物理学家所采用。根据科幻小说作家、科普作家艾萨克·阿西莫夫的记载，阿瑟·康普顿于1927年首先用photon来称呼光量子。在物理学领域，光子通常用希腊字母γ （音：Gamma ）表示，这一符号有可能来自由法国物理学家维拉德（Paul Ulric h Villard ）于1900年发现的伽玛射线，伽玛射线由卢瑟福和英国物理学家安德雷德（Edw ard Andrade ）于1914年证实是电磁辐射的一种形式。在化学和光学工程领域，光子经常被写为h ν ，即用它的能量来表示；有时也用f来表示其频率，即写为h f 。

编辑本段物理性质

用费曼图表示的正电子- 负电子散射（也叫做BhaBha散射），波浪线表示交换虚光子的过程

参见：狭义相对论

从波的角度看，光子具有两种可能的偏振态和三个正交的波矢分量，决定了它的波长和传播方向；从粒

光子晶体结构

子的角度看，光子静止质量为零，电荷为零，半衰期无限长。光子是自旋为1的规范玻色子，因而轻子数、重子数和奇异数都为零。光子的静止质量严格为零，本质上和库仑定律严格的距离平方反比关系等价，如果光子静质量不为零，那么库仑定律也不是严格的平方反比定律。所有有关的经典理论，如麦克斯韦方程组和电磁场的拉格朗日量都依赖于光子静质量严格为零的假设。从爱因斯坦的质能关系和光量子能量公式可粗略得到光子质量的上限：M=HV/C^2这里M即是光子质量的上限，V是任意电磁波的频率，位于超低频段的舒曼共振已知最低频率约为7.8赫兹。这个值仅比现在得到的广为接受的上限值高出两个数量级。

参见光子：规范玻色子

一节中对光子质量的讨论。光子能够在很多自然过程中产生，例如：在分子、原子或原子核从高能级向低能级跃迁时电荷被加速的过程中会辐射光子，粒子和反粒子湮灭时也会产生光子；在上述的时间反演过程中光子能够被吸收，即分子、原子或原子核从低能级向高能级跃迁，粒子和反粒子对的产生。在真空中光子的速度为光速，能量和动量p之间关系为p=E/c；相对论力学中静质量为m0的粒子的能量动量关系为E^2=(pc)^2+(m0c^2)^2。光子的能量和动量仅与光子的频率ν有关；或者说仅与波长λ有关。从而得到光子的动量大小为P=h/λ=hv/c其中h也叫做狄拉