Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ФОТОН

ФОТОН

ФОТОН (g) (от греч. phos, род. падеж photos - свет) - элементарная частица, квант эл.-магн. поля. Масса покоя Ф. m_g равна нулю (эксперим. ограничение m_g<5^.10^-60 г), и поэтому его скорость равна скорости света. Спин Ф. равен 1 (в единицах h), и, следовательно, Ф. относится к бозонам. Частица со спином J и ненулевой массой покоя, согласно квантовой механике, имеет 2J+1 спиновых состояний, различающихся проекцией спина, но, поскольку m_g=0, Ф. может находиться только в двух спиновых состояниях с проекциями спина на направление движения ( спиралъностью) +1; этому свойству в классич. электродинамике соответствует поперечность эл.-магн. волны.

Т. к. не существует системы отсчёта, в к-рой Ф. покоится, ему нельзя приписать определ. внутренней чётности. По электрич. и магн. мультипольностям системы зарядов (2^l -поля; см. Мультипольнoе излучение), излучившей данный Ф., различают состояния Ф. электрич. и магн. типа; чётность электрич. мультипольного Ф. равна (-1)^l, магнитного- (- 1)^l+1. Ф.- истинно нейтральная частица и поэтому обладает определ. зарядовой чётностью С( С= -1). Кроме электромагнитного взаимодействия Ф. участвует в -гравитационном взаимодействии.

Представление о Ф. возникло в ходе развития квантовой теории и теории относительности [термин "Ф." был введён Г. <Льюисом (G.Lewis) в 1929]. В 1900 М. Планк (М. Planck) получил ф-лу для спектра теплового излучения абсолютно чёрного тела (см. Планка закон излучения), исходя из предположения, что излучение эл.-магн. волн происходит определ. порциями - "квантами", энергия к-рых может принимать лишь дискретный ряд значений, кратных неделимой порции - кванту , где w-частота эл.-магн. волны. Развивая идею Планка, А. Эйнштейн ввёл гипотезу световых квантов, согласно к-рой эл.-магн. излучение само состоит из таких квантов, и на её основе объяснил ряд закономерностей фотоэффекта, люминесценции, фотохим. реакций. Построенная Эйнштейном спец. теория относительности (1905) создала предпосылки для того, чтобы считать эл.-магн. излучение одной из форм материи, а световые кванты - реальными элементарными частицами. В опытах А. Комптона (A. Compton) по рассеянию рентг. лучей было установлено, что кванты излучения подчиняются тем же кинематич. законам, что и частицы вещества, в частности квант излучения с частотой со обладает также и импульсом (см. Комптона эффект).

В результате развития квантовой механики стало ясно, что ни наличие волновых свойств, проявляющихся в волновых свойствах света, ни способность исчезать или рождаться в актах поглощения и испускания не выделяют Ф. среди др. элементарных частиц. Оказалось, что всем частицам вещества, напр. электронам, присущи не только корпускулярные, но и волновые свойства, и была установлена возможность взаимопревращения элементарных частиц. Так, в эл.-статич. поле атомного ядра Ф. с энергией > 1 МэВ может превратиться в электрон и позитрон (процесс рождения пар), а при столкновении электрона и позитрона может произойти их аннигиляция в два (или три) g-кванта.

Квантовой теорией взаимодействия Ф. с заряж. лептона-ми с учётом их возможных взаимопревращений является квантовая электродинамика. Взаимодействие Ф. с адронами и атомными ядрами описывается с помощью разл. теорегич. моделей: векторной доминантности, модели партонов и др. В 60-х гг. была создана теория электрослабого взаимодействия - единая теория эл.-магн. и слабого взаимодействий, в к-рой Ф. выступает вместе с гремя гипотетич. "переносчиками" слабого взаимодействия - промежуточными векторными бозонами. В теориях, объединяющих разл. фундам. взаимодействия на основе суперсимметрии, Ф. имеет своего гипотетич. суперпартнёра - фотино.

Лит. см. при статьях Электромагнитное взаимодействие, Электрослабое взаимодействие. Э. А. Тагиров.