Photon

von griechisch: photos - Licht
Synonyme: Quant, Lichtteilchen
Englisch: photon, light quantum

1 Definition

Als Photon wird eine Lichtportion bezeichnet, die durch eine elementare Anregung eines elektromagnetischen Feldes entsteht.

2 Hintergrund

Licht breitet sich wie eine Welle aus, die Emission (Entstehung) oder Absorption (Vernichtung) von Licht erfolgt jedoch in kleinen Portionen (Welle-Teilchen-Dualismus). Aufgrund dessen werden die bei Emission oder Absorption auftretenden Lichtquanten als Photonen bezeichnet. Jede elektromagnetische Strahlung ist in Photonen quantisiert. Somit ist die kleinste Menge an elektromagnetischer Strahlung ein Photon. Die Erzeugung eines Photons erfolgt meist durch Übergänge (Quantensprünge) von Elektronen zwischen verschiedenen Zuständen kommt aber auch bei nuklearen Übergängen, Teilchen-Antiteilchen-Annihilation oder durch Fluktuation in einem elektromagnetischem Feld vor.

3 Eigenschaften

Photonen haben folgenden Eigenschaften:

• B ewegung mit Lichtgeschwindigkeit (c). In Ruhe existieren Photonen nicht. Sie haben die Ruhemasse 0.
• Photonen haben eine unendlich lange Lebensdauer, können aber durch physikalische Prozesse erzeugt oder vernichtet werden.
• Die Energie eines Photons ist proportional der Frequenz der Lichtwelle (E= h.v)

4 Wechselwirkungen von Photonen mit Materie

Wenn ein Photon mit Materie interagiert, können je nach Energie verschiedene Effekte beobachtet werden:

• Anregung von Elektronen: <1ev
• Photoeffekt: 1ev bis 100keV
• Compton-Effekt: 50 keV bis 1MeV
• Paarbildung: 1,022 bis 6 MeV
• Kernphotoeffekt: 2,18-16 MeV
• Photodesintegration: >16MeV