光子

光子（ギリシャ語で光を意味するφωςから）は、物理学における多くの原子モデルにおいて、光を伝達する粒子である。言い換えれば、光は光子によって空間を運ばれる。光子は、自分自身の反粒子である素粒子である。量子力学では、各光子は周波数に依存した特徴的なエネルギー量子を持つ。高い周波数の光と結びついた光子は、より大きなエネルギーを持つ（そして、より短い波長の光と結びつく）。

光子の静止質量は0（ゼロ）である。しかし、アインシュタインの相対性理論では、ある程度の運動量を持っているとされています。光子の名前がつく前に、アインシュタインは、光は別々のエネルギー（粒子）であるという提案をしていました。この粒子は光子と呼ばれるようになった。

光子には通常、γ（ガンマ）という記号が付けられています。

レーザーは光子を放出します。

プロパティ

光子は基本的な粒子です。光子は創造と破壊が可能ですが、その寿命は無限です。

真空中では、すべての光子は光速（c）で移動している。

光子には周波数があり、それによって色が決まる。無線技術では、この周波数が大いに利用されている。目に見える範囲を超えると、周波数はあまり議論されなくなり、例えばX線光子と赤外線の区別にはほとんど使われない。周波数は、プランク定数の式で表される光子の量子エネルギーに相当する。

E = h f {\\ E=hf} , $E=hf$

ここで、E $E$ は光子のエネルギー、hは $h$ プランク定数、fは光子に伴う光の周波数である。この周波数は、通常、1秒あたりのサイクル数（Hz）で表される。さまざまな光子の量子エネルギーは、カメラをはじめとする可視光線や可視光線よりも高い放射線を使用する機械によく用いられる。これは、これらの光子が原子をイオン化するのに十分なエネルギーを持っているからである。

光子のもう一つの性質は、その波長である。周波数（f）、波長、光速（c） $c$ は次式で表される。

c = f λ {\\lambda } 。 $c=f\lambda$ ,

ここで、λ{displaystyle ˶‾᷄д‾᷅˵}は、波長（長さ）である。( $\lambda$ lambda）は波長、つまり波の長さです（通常はメートル単位で測定されます）。

光子のもう一つの重要な性質は、その極性である。もし、巨大な光子がまっすぐに向かってきたとしたら、それは縦にも横にも、あるいはその中間にも渦を巻いているように見えます。偏光サングラスは、上下に揺れる光子の通過を阻止します。表面で跳ね返った光はそのように飛びやすいので、まぶしさを抑えることができるのです。液晶ディスプレイも偏光を利用して光の通過を制御している。動物の中には、光の偏光を見ることができるものがいる。

最後に、光子には「スピン」という性質があります。スピンは、光の円偏光と関係している。

光子の物質との相互作用

光は多くの場合、電子がエネルギーを得たり失ったりするときに生成または吸収されます。このエネルギーには、熱や運動エネルギーなどの形がある。例えば、白熱電球は熱を利用している。エネルギーが増加すると、電子は「価数」と呼ばれる殻の中で1つ上のレベルに押し上げられます。そうすると、電子は不安定になり、すべてのものと同じように、エネルギーが最も低い状態になりたいと思うようになります。(エネルギーが最も低い状態というのが分かりにくい場合は、鉛筆を拾って落としてみてください。地面に落ちると、鉛筆はエネルギーの低い状態になります）。電子がエネルギーの低い状態に戻るには、電子に当たったエネルギーを放出する必要があり、エネルギー保存に従わなければならない（エネルギーは創造も破壊もできない）。電子はこのエネルギーを光子として放出しますが、強度が高い場合、この光子は可視光として見ることができます。

光子と電磁力

素粒子物理学では、光子が電磁力を担っている。電磁気とは、電気と磁気を組み合わせた考え方である。身近なところでは、光が電磁気の作用を受けていることを実感できます。机に手を突っ込んでも動かないのは、電荷も電磁気の働きによるものです。光子は電磁気の力を伝える粒子なので、ゲージボゾンでもあります。暗黒物質と呼ばれる物質の中には、電磁気の影響を受けないと考えられているものがあります。これは、暗黒物質が電荷を持たず、光を発しないことを意味します。

質問と回答

Q:光子とは何ですか?

A:光子は光を透過する素粒子で、自分自身の反粒子でもあります。

Q:光子のエネルギーは周波数にどう依存するのですか?

A:光子のエネルギーは周波数に関係し、周波数の高い光子はエネルギーが高く、波長が短い。

Q:光が別々のエネルギーの断片（粒子）から構成されていると提唱したのは誰ですか?

A:アルバート・アインシュタインが、光は別々のエネルギー（粒子）から構成されていると提唱しています。

Q:光子を表すのに通常使われる記号は何ですか?

A:通常、م（ガンマ）という記号が使われます。

Q:光子には質量がありますか?

A:いいえ、光子は静止質量を持っていません。しかし、アインシュタインの相対性理論によれば、運動量はあります。

光子