Chắc hẳn bạn đã nghe nhiều về photon trong lĩnh vực vật lý và hóa học. Vậy photon là gì? Thuộc tính của photon là gì? Bài viết này sẽ chia sẻ tất tần tật thông tin về hình ảnh, lý thuyết hiện đại của photon.
Chùm tia sáng đồng pha từ thiết bị laser
Có thể bạn quan tâm:
Photon là gì?
Photon là lượng hay lượng tử bức xạ điện từ có kích thước nhỏ, nằm rời rạc. Đây là đơn vị cơ bản của ánh sáng.
Photon luôn luôn chuyển động và nằm trong chân không, truyền với tốc độ không đổi theo các chiều quan sát là 2.998 x 108 m/s. Đây được gọi là tốc độ ánh sáng, ký hiệu bằng chữ C.
Theo lý thuyết lượng tử ánh sáng của Einstein, photon có năng lượng bằng với tần số dao động của chúng nhân với hằng số Planck. Einstein đã chứng minh: Ánh sáng là một dòng các photon, năng lượng của các photon là độ cao của tần số dao động và cường độ của ánh sáng tương ứng với số photon. Về cơ bản, cách một dòng photon hoạt động như một sóng và hạt.
Thuộc tính photon là gì?
Photon có các tính chất cơ bản như sau:
-
Photon có khối lượng và năng lượng nghỉ bằng không và tồn tại dưới dạng hạt chuyển động.
-
Photon là các hạt cơ bản tuy thiếu khối lượng nghỉ.
-
Photon không có điện tích.
-
Photon ổn định.
-
Photon là các hạt spin-1 tạo nên boson.
-
Photon mang theo năng lượng và động lượng phụ thuộc vào tần số.
-
Photon có thể tương tác với các hạt khác như electron, chẳng hạn như hiệu ứng compton.
-
Photon có thể bị phá hủy hoặc tạo ra bởi nhiều quá trình tự nhiên, ví dụ như khi bức xạ được hấp thụ hoặc phát ra.
-
Khi ở trong không gian trống, photon di chuyển với tốc độ ánh sáng.
Năng lượng bức xạ
Lý thuyết hiện đại của photon là gì?
Einstein cho rằng ánh sáng là một photon và dòng chuyển động của photon là một làn sóng. Ông cũng tin rằng ánh sáng có bản chất hạt sau khi ông khám phá ra được hiệu ứng quang điện, trong đó, electron bay ra khỏi bề mặt kim loại khi tiếp xúc với ánh sáng.
Điểm chính của lý thuyết lượng tử ánh sáng của nhà vật lý Einstein là năng lượng ánh sáng có liên quan đến tần số dao động. Ông cho rằng, các photon có năng lượng bằng với tần số dao động theo thời gian không đổi của Planck và năng lượng này là độ cao của tần số dao động. Các đặc tính khác của ánh sáng là một loại sóng điện từ do hoạt động của các hạt cực nhỏ mà mắt thường không nhìn thấy được.
Einstein suy đoán rằng, khi các electron bên trong vật chất va chạm với photon, vật chất trước sẽ lấy năng lượng của vật chất sau và bay ra ngoài. Nếu tần số dao động của photon va chạm càng cao thì năng lượng electron bay ra càng lớn.
Nói tóm lại, Einstein cho rằng, ánh sáng là một dòng các photon, năng lượng của các photon là độ cao của tần số dao động của chúng và cường độ ánh sáng liên quan đến số lượng photon.
Einstein đã chứng minh lý thuyết của mình bằng cách suy ra hằng số Planck từ những thí nghiệm về hiệu ứng quang điện. Các tính toán của ông đưa ra về Planck là 6,6260755 x 10 - 34. Rõ ràng, điều này chỉ ra mối quan hệ mật thiết giữa đặc tính và tần số dao động của ánh sáng dưới dạng sóng và động lượng của ánh sáng dưới dạng hạt.
Kể từ khi Einstein chỉ ra bản chất kép của ánh sáng, nhà vật lý Thụy Sĩ tại École Polytechnique Fédérale de Lausanne đã chụp được bức ảnh đầu tiên về bản chất kép này. Nhóm nghiên cứu này do Fabrizio Carbone dẫn đầu đã thực hiện thí nghiệm thông minh vào năm 2015, trong đó một tia laser được sử dụng để bắn vào dây nano, khiến các electron bị dao động. Ánh sáng truyền dọc theo sợi dây nhỏ theo hai hướng giống như ô tô trên đường cao tốc.
Khi các sóng truyền ngược chiều và gặp nhau, chúng sẽ tạo thành một làn sóng mới giống như đang đứng yên tại chỗ. Tại đây, sóng dừng sẽ trở thành nguồn sáng cho thí nghiệm, tỏa ra xung quanh dây nano. Tia sáng đã bắn ra một chùm electron mới tạo ra hình ảnh sóng dừng của ánh sáng, hoạt động như dấu vết về bản chất sóng của ánh sáng.
Chuyển động của photon là dạng làn sóng
Có thể bạn quan tâm:
Một photon trông như thế nào?
Sau khi bạn đã rõ photon là gì? Vậy bạn có bao giờ tự hỏi photon có hình dạng như thế nào chưa? Những nhà khoa học đã cân nhắc câu hỏi này trong nhiều thập kỷ và vào năm 2016, các nhà vật lý Ba Lan đã tạo ra hình ảnh ba chiều đầu tiên của hạt ánh sáng. Nhóm nghiên cứu này đã tạo ra hình ảnh ba chiều bằng cách bắn 2 chùm ánh sáng vào một bộ tách chùm, được làm bằng tinh thể canxit, cùng một lúc. Bộ tách chùm giống như một nút đèn giao thông để mỗi photon có thể rẽ hoặc đi thẳng qua. Khi một photon đi qua, mỗi con đường có khả năng xảy ra như nhau nhưng nếu có nhiều photon tham gia, chúng sẽ tương tác và làm thay đổi tỷ lệ chênh lệch. Nếu biết hàm sóng của một trong các photon, bạn có thể tìm ra hình dạng của hạt thứ hai từ vị trí của những tia chớp trên máy dò. Hình ảnh thu được hơi giống hình chữ thập Maltese, như hàm sóng được dự đoán từ phương trình Schrödinger.
Sự thật về photon
-
Không chỉ ánh sáng được tạo thành từ các photon, mà các năng lượng điện từ gồm tia X, vi sóng, sóng vô tuyến,... đều được tạo thành từ các photon.
-
Ban đầu, photon được phát triển bởi nhà vật lý Albert Einstein. Tuy nhiên, chính nhà khoa học Gilbert N. Lewis là người đầu tiên sử dụng photon để miêu tả về nó.
-
Lý thuyết nói rằng ánh sáng hoạt động giống như hạt và sóng được gọi là lý thuyết đối ngẫu sóng - hạt.
-
Các photon luôn trung hòa về điện, không có điện tích.
-
Các photon không tự phân hủy.
Qua nội dung bài viết này, chắc hẳn bạn đã biết khái niệm photon là gì và lý thuyết hiện đại về photon. Hy vọng đây là những thông tin hữu ích dành cho bạn. Nếu có thắc mắc gì về photon thì hãy liên hệ với CÔNG TY TNHH THIẾT BỊ PHÚ THÁI để được nhân viên tư vấn, giải đáp chi tiết và hỗ trợ tận tâm, tận tình!