O fóton é um tipo de partícula elementar que carrega todas as formas de radiação eletromagnética. Esses tipos de radiação incluem raios X, raios gama, fótons de luz visível, luz infravermelha, ondas de rádio e microondas.
Especificamente, a definição de um fóton (representado pelo símbolo γ) nos diz que: “Um fóton é o quantum de energia na forma de radiação eletromagnética, emitida ou absorvida pela matéria”.
Essas partículas fundamentais são estáveis, não têm massa ou carga elétrica e, quando estão no vácuo, se movem a uma velocidade constante: a velocidade da luz.
Os fótons são emitidos em muitos processos naturais, como:
Quando uma carga acelera, ela emite radiação síncrotron.
Durante uma transição molecular, atômica ou nuclear para um nível de energia mais baixo, serão emitidos fótons de várias energias, variando de ondas de rádio a raios gama.
Quando uma partícula e sua antipartícula correspondente se aniquilam.
No modelo padrão da física de partículas, fótons e outras partículas elementares são descritas como uma consequência necessária do fato de que os princípios da física têm uma certa simetria no espaço-tempo.
Qual é a energia de um fóton?
A energia do fóton corresponde à energia que é transportada por um único fóton. Essa energia depende da frequência eletromagnética e do comprimento de onda. Consequentemente, a energia aumenta com o aumento da frequência e comprimento de onda do fóton.
As unidades mais utilizadas para indicar a energia dessas partículas são o elétron-volt (eV) e o joule (J). Um joule é igual a 6,24 × 10 18 eV.
Para que servem os fótons?
Essas partículas fundamentais têm muitas aplicações em tecnologia. Alguns exemplos notáveis são:
Obtenção de energia elétrica: o impacto de um fóton na superfície de um painel solar provoca a liberação de elétrons dos materiais semicondutores devido ao efeito fotovoltaico. A soma desse movimento de cargas dá origem a uma corrente contínua.
O lazer.
Fabricação de chips.
Engenharia e química: São usados tanto para calcular a variação de energia resultante da absorção de um fóton quanto para determinar a frequência da luz emitida por uma determinada emissão de fóton.
Biologia molecular: Em alguns casos, duas transições de energia podem ser acopladas de modo que, à medida que um sistema absorve um fóton, outro sistema próximo "rouba" sua energia e emite novamente um fóton de uma frequência diferente.
Geração de números aleatórios: Vários tipos diferentes de geradores de números aleatórios de hardware envolvem a detecção de fótons únicos.
O fóton se comporta como uma onda e como uma partícula
Como todas as partículas elementares, os fótons são explicados pela mecânica quântica. No entanto, apresentam dualidade onda-partícula, ou seja, exibem simultaneamente propriedades onda e partícula.
Por um lado, ele se comporta como uma onda em fenômenos como a refração. Por outro lado, também se comporta como uma partícula quando interage com a matéria para transferir uma quantidade fixa de energia.
Quando o conceito de fóton apareceu pela primeira vez?
Na maioria das teorias até os séculos XVII e XVIII, a luz era considerada composta de partículas. No entanto, como os modelos de partículas não podiam explicar certos fenômenos, alguns cientistas propuseram teorias ondulatórias para a luz.
O conceito moderno de fóton foi desenvolvido gradualmente por Albert Einstein no início do século 20. Este conceito foi usado para explicar observações experimentais que não concordavam com o modelo clássico de luz como uma onda eletromagnética.
Em 1926, o físico óptico Frithiof Wolfers e o químico Gilbert N. Lewis cunharam o termo "fóton" para essas partículas.
