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Fotón

Fotón
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Concepto:El Fotón puede definirse también como la partícula de luz más pequeña

Fotón. Es un término introducido por la mecánica cuántica en la teoría electromagnética para designar una partícula de luz, o un cuanto de energía electromagnética. El aspecto de partícula de un fotón se correlacionó con la expresión de un momento angular constante y cuantificado (constante de Planck), y su energía vino dada por el producto de esta constante de momento angular por un término de frecuencia. La representación aceptada del fotón, física y geométrica, involucra la descripción matemática de una fibra de luz, formando haces o paquetes que se representan estocásticamente por un rayo.

Generalidades

Los fotones son portadores de todas las formas de radiación electromagnética (EM), no sólo de luz. Los diferentes tipos de radiación EM corresponde a diferentes tipos de energía por fotón. Los rayo gamma y los fotones de rayos X tienen la mayor cantidad de energía, y los fotones de frecuencia de radio tienen la menor cantidad de energía, mientras que los fotones de la luz ultravioleta, infrarroja, y visible , tienen energía media.

Los fotones viajan a la velocidad de la luz, la cual es: 299 792 458 kilómetros por segundo (aproximadamente 186 282.4 millas por segundo). Los fotones no tienen masa alguna, ni carga eléctrica.

Fotodisociación

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Los fotones son pequeñas porciones de luz y otros tipos de radiación electromagnética. En algunas ocasiones los fotones separan las moléculas. Cuando esto ocurre, se denomina [[fotodisociación].

Cuando un fotón choca con una molécula le traspasa energía. Las moléculas tienen enlaces químicos que mantienen los átomos unidos unos a otros en su interior. Si los enlaces químicos se rompen, la molécula se descompone. En ciertas ocasiones, los fotones tienen suficiente energía como para romper los enlaces en una molécula. Un fotón de "luz" ultravioleta (UV) tiene más energía que uno de luz visible. Los fotones ultravioleta pueden causar fotodisociación con mayor facilidad que los fotones de luz visible.

La fotodisociación ocurre mucho en la atmósfera terrestre. En el aire, existen muchas reacciones químicas, y la fotodisociación proporciona energía para muchas de ellas. Por ejemplo, la fotodisociación ayuda a generar el smog. También ayuda a la formación de ozono.

Aplicaciones tecnológica

Los fotones tienen muchas aplicaciones en tecnología. Se han elegido ejemplos que ilustran las aplicaciones de los fotones per se, y no otros dispositivos ópticos como lentes, etc. cuyo funcionamiento puede explicarse bajo una teoría clásica de la luz. El láser es una aplicación extremadamente importante.

Los fotones individuales pueden detectarse por varios métodos. El tubo fotomultiplicador clásico se basa en el efecto fotoeléctrico; un fotón que incide sobre una lámina de metal arranca un electrón, que inicia a su vez una avalancha de electrones. Los circuitos integrados CCD utilizan un efecto similar en semiconductores; un fotón incidente genera una carga detectable en un condensador microscópico. Otros detectores como los contadores Geiger utilizan la capacidad de los fotones para ionizar moléculas de gas, lo que da lugar a un cambio detectable en su conductividad.

La fórmula de la energía de Planck E = hν es utilizada a menudo por ingenieros y químicos en diseño, tanto para calcular el cambio de energía resultante de la absorción de un fotón, como para predecir la frecuencia de la luz emitida en una transición de energía dada. Por ejemplo, el espectro de emisión de una lámpara fluorescente puede diseñarse utilizando moléculas de gas con diferentes niveles de energía electrónica y ajustando la energía típica con la cual un electrón choca con las moléculas de gas en el interior de la lámpara.

Bajo algunas condiciones, se puede excitar una transición de energía por medio de dos fotones, no ocurriendo dicha transición con los fotones por separado. Esto permite microscopios con mayores resoluciones, porque la muestra absorbe energía únicamente en la región en la que los dos rayos de colores diferentes se solapan de forma significativa, que puede ser mucho menor que el volumen de excitación de un rayo individual. Además, estos fotones causan un menor daño a la muestra, puesto que son de menor energía.

En algunos casos, pueden acoplarse dos transiciones de energía de modo que, cuando un sistema absorbe un fotón, otro sistema cercano roba su energía y re-emite un fotón con una frecuencia diferente. Esta es la base de la transferencia de energía por resonancia entre moléculas fluorescentes, que se utiliza para medir distancias moleculares.

Estructura del Fotón

De acuerdo con la cromodinámica cuántica, un fotón real puede interactuar como una partícula puntual, o como una colección de quarks y gluones, esto es, como un hadrón. La estructura de los fotones no se determina por las tradicionales distribuciones de quarks de valencia como en un protón, sino por fluctuaciones del fotón puntual en una colección de partones.

Véase también

Fuente