عرض مصدر فوتون

{{صندوق معلومات جسيم
| bgcolour =
| اسم = فوتون
| الصورة = [[ملف:LASER.jpg|275px]]
| تعليق = فوتونات منبعثة في حزمة [[ليزر]] [[اتساق (فيزياء)|مترابطة]].
| الأنواع =
| تكوين = [[جسيم أولي]]
| عائلة = [[بوزون]]
| مجموعة = [[بوزون عياري|بوزون قياسي]]
| جيل =
| تفاعل = [[كهرومغناطيسية]]
| نظرية = [[ألبرت أينشتاين]]
| مكتشف =ماكس بلانك
| رمز = γ، ''[[ثابت بلانك|h]]''[[تردد|ν]]، أو [[ثابت بلانك|ħ]] [[تردد زاوي|ω]]
| كتلة = 0<br />{{بدون لف|<{{val|1|e=-18|ul=eV/c<sup>2</sup>}}}}<ref name="Particle_table_2009">
{{استشهاد بدورية محكمة
 |مؤلف=Amsler, C. ''et al.'' ([[Particle Data Group]])
 |سنة=2008 +2009 partial update
 |مسار=https://pdg.lbl.gov/2009/tables/rpp2009-sum-gauge-higgs-bosons.pdf
 |عنوان=Review of Particle Physics: Gauge and Higgs bosons
 |صحيفة=[[Physics Letters B]]
 |المجلد=667 |صفحة=1|doi=10.1016/j.physletb.2008.07.018
|bibcode=2008PhLB..667....1P
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20180828171222/http://pdg.lbl.gov/2009/tables/rpp2009-sum-gauge-higgs-bosons.pdf | تاريخ أرشيف = 28 أغسطس 2018 }}</ref>
| العمر = مستقر<ref name="Particle_table">[https://pdg.lbl.gov/2005/tables/gxxx.pdf Official particle table for gauge and Higgs bosons] Retrieved 24 October 2006 {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20161228152948/http://pdg.lbl.gov/2005/tables/gxxx.pdf |date=28 ديسمبر 2016}}</ref>
| اضمحلال الجسيم =
| شحنة كهربائية = 0<br />{{بدون لف|<{{val|1|e=-35|ul=e}}}}<ref name="Particle_table_2009"/>
| شحنة لونية = 
| دوران  = 1
| num_spin_states =
| parity = -1<ref name="Particle_table_2009"/>
| g_parity =
| c_parity = -1<ref name="Particle_table_2009"/>
| r_parity =
| condensed_symmetries =''[[أيزوسبين|ايزوسبين]]''(''[[Total angular momentum|J]]''<sup>''[[تكافؤ (فيزياء)]]{{Ill-WD2|تعادل الشحنة|id=Q16251327}}''</sup>) = 0,1(1<sup>--</sup>)<ref name="Particle_table_2009"/>
}}
'''الفوتون'''<ref name="DIC">{{استشهاد بويكي بيانات|Q108405620|ص=143}}</ref> {{للهامش|ملاحظة 1}} هو [[جسيم أولي]] و[[كم (فيزياء)|الكم]] لل[[ضوء]] وجميع الأشكال الأخرى [[موجة كهرومغناطيسية|للإشعاع الكهرومغناطيسي]]،  و[[حامل القوة|الحامل]] [[قوة لورنتس|للقوة الكهرومغناطيسية]]. تسهل ملاحظة تأثيرات هذه [[قوة لورنتس|القوة]] في كلا المستويين الميكروسكوبي والماكروسكوبي، بسبب انعدام [[كتلة ساكنة|الكتلة الساكنة]] للفوتون الذي يسمح بالتآثر والتفاعل في المسافات الطويلة. كما هو حال كل [[جسيم أولي|الجسيمات الأولية]]، تقدم [[ميكانيكا الكم]] حالياً أفضل تفسير للفوتونات، وللفوتونات خاصية [[ازدواجية موجة جسيم|ازدواجية الموجة والجسيم]]، مظهرة خصائص كلًا من [[موجة|الموجات]] و[[جسيم (توضيح)|الجسيمات]] حيث يمكن للفوتون الواحد [[انكسار (فيزياء)|الانكسار]] بواسطة [[عدسة (بصريات)|العدسات]] و[[تداخل الموجات|التداخل]]، ومن الممكن تصرفه [[جسيم أولي|كجسيم]] معطياً نتيجة محددة عند قياس وتحديد موضعه، ويختص بكونه معدوم [[كتلة ساكنة|كتلة السكون]]، ومعدوم [[شحنة كهربائية|الشحنة الكهربائية]]، بالإضافة لكونه يتنقل في الفراغ ب[[سرعة الضوء]].

طور [[ألبرت أينشتاين]] تدريجياً المفهوم الحديث للفوتون لتفسير الملاحظات التجريبية غير المطابقة لنموذج [[موجة كهرومغناطيسية|موجة الضوء]] التقليدي، حيث علل نموذج الفوتون على وجه الخصوص اعتماد طاقة ال[[ضوء]] على [[تردد]]ه، وفسر قابلية ال[[مادة]] وال[[إشعاع]] ليكونا في حالة [[توازن حراري]]. كما علل النموذج الحديث للفوتون الملاحظات الشاذة لخصائص [[إشعاع الجسم الأسود]]، التي سعى العديد من الفيزيائيين وعلى الأخص [[ماكس بلانك]] إلى تفسيرها باستخدام نماذج شبه تقليدية تصف ال[[ضوء]] ب[[معادلات ماكسويل]] وتكمم الأجسام المادية المشعة والماصة لل[[ضوء]]. بالرغم من مساهمة هذه النماذج الشبه تقليدية في تطوير [[ميكانيكا الكم]]، فإن التجارب اللاحقة تحققت من صحة فرضية [[ألبرت أينشتاين|أينشتاين]] بأن ال[[ضوء]] هو نفسه مكمم وأن الفوتونات هي [[كم (توضيح)|كم]] ال[[ضوء]].

في [[نظرية النموذج المعياري|النموذج العياري]] ل[[فيزياء الجسيمات]]، وصفت الفوتونات كنتيجة ضرورية للتماثل التام لقوانين ال[[فيزياء]] في كل نقطة من ال[[زمكان]]. خصائص التناظر القياسي هذا تحدد الخصائص الجوهرية للفوتونات [[الشحنة (توضيح)|كالشحنة]] وال[[كتلة]] و[[لف مغزلي|اللف المغزلي]]. وقد أدى نموذج الفوتون إلى تقدم هائل في مجال [[فيزياء نظرية|الفيزياء النظرية]] و[[فيزياء تطبيقية|التجريبية]]، كال[[ليزر|كالليزر]]،  و[[تكاثف بوز-أينشتاين|تكاثف بوز وأينشتاين]]، و[[نظرية الحقل الكمومي]]، و[[سعة الاحتمال|مطال الاحتمال]] ل[[ميكانيكا الكم]]، وقد تم تطبيقه على [[كيمياء ضوئية|الكيمياء الضوئية]]، و[[مجهر ضوئي|المجاهر عالية الوضوح]]، وقياسات المسافات الجزيئية. حديثاً تم دراسة الفوتونات بوصفها عناصر من أجهزة [[حساب كمومي|الحاسوب الكمومي]] والتطبيقات المتطورة في الاتصالات البصرية مثل التشفير الكمومي.

يختزن الفوتون كمًا محددًا من ال[[طاقة]] حسب المعادلة:

:<math>E = \frac{hc}{\lambda}</math>، 
حيث <math>h</math> هو [[ثابت بلانك]]،  و<math>c</math> سرعة الضوء، و<math>\lambda</math> [[طول الموجة]].

== تطور تاريخي ==
{{نظرية النموذج العياري}}
{{مفصلة|ضوء}}
[[ملف:Young Diffraction.png|تصغير|200بك|أظهرت [[تجربة شقي يونغ|تجربة الشق المضاعف]] [[توماس يانغ (عالم)|لتوماس ينغ]] في 1805 أن الضوء يمكن أن يتصرف مثل ال[[موجة]]، مساندة بذلك في هزيمة نظريات الجسيم المبكرة للضوء.]]
كانت أغلب النظريات حتى [[القرن 18|القرن الثامن عشر]] تصف الضوء على أنه ناشئ عن جسيمات. أحد هذه النظريات المبكرة كانت قد وصفت في ''[[المناظر|كتاب البصريات]]'' (1021) ل[[ابن الهيثم]]، الذي اعتبر أن [[شعاع (بصريات)|أشعة الضوء]] عبارة عن تيارات من جسيمات صغيرة جداً والتي تفتقر لكل المؤهلات الحسية عدا الطاقة.<ref name=Rashed>
{{استشهاد بدورية محكمة
 |الأخير=Rashed |الأول=R.
 |سنة=2007
 |عنوان=The Celestial Kinematics of Ibn al-Haytham
 |صحيفة=[[Arabic Sciences and Philosophy]]
 |المجلد=17 |العدد=1 |صفحات=7–55 [19]
 |ناشر=[[مطبعة جامعة كامبريدج]]
 |doi=10.1017/S0957423907000355
 |اقتباس=في كتابه البصريات ''أصغر أجزاء من الضوء''،  كما يسميها، تحتفظ فقط بخصائص يمكن التعامل معها بالهندسة التحليلية والتحقق منها تجريبياً.
}}</ref> كان هذا رأي [[إسحاق نيوتن]] أيضًا في طبيعة الضوء. لما كانت نماذج [[جسيم (توضيح)|الجسيم]] غير قادرة على تفسير [[انكسار (فيزياء)|الانكسار]] وال[[حيود]] و[[انكسار مزدوج|الانكسار المزدوج]] للضوء،  فقد اقتراح نظريات الموجة للضوء [[رينيه ديكارت]] (1637)، <ref>
{{استشهاد بكتاب
 | الأخير = Descartes | الأول = R. | مؤلف-وصلة = René Descartes
 | عنوان = Discours de la méthode ([[مقال عن المنهج]])
 | ناشر = [[Imprimerie de Ian Maire]]
 | سنة = 1637
}} {{أيقونة فرنسية}}</ref> [[روبرت هوك]] (1665)، <ref>
{{استشهاد بكتاب
 | الأخير = Hooke | الأول = R. | مؤلف-وصلة = Robert Hooke
 | سنة = 1667
 | مكان = London (UK)
 | ناشر = [[الجمعية الملكية]]
 | مسار = http://digital.library.wisc.edu/1711.dl/HistSciTech.HookeMicro
 | عنوان = Micrographia: or some physiological descriptions of minute bodies made by magnifying [[نظارة]] with observations and inquiries thereupon...
|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20081202101129/http://digital.library.wisc.edu/1711.dl/HistSciTech.HookeMicro|تاريخ أرشيف=2008-12-02}}</ref> و[[كريستيان هوغنس|كريستيان هايغنز]] (1678);<ref>
{{استشهاد بكتاب
 | الأخير = Huygens | الأول = C. | مؤلف-وصلة = Christian Huygens
 | سنة = 1678
 | عنوان = Traité de la lumière
}} {{أيقونة فرنسية}}. An [http://www.gutenberg.org/etext/14725 ترجمة إنكليزية] متوافرة من [[مشروع غوتنبرغ]]</ref>، بالرغم من ذلك، ظلت نماذج الجسيم هي الغالبة، بشكل رئيسي لتأثير [[إسحاق نيوتن]].<ref name="Newton1730">
{{استشهاد بكتاب
 | الأخير = Newton | الأول = I. | مؤلف-وصلة = Isaac Newton
 | سنة النشر الأصلية = 1730
 | سنة=1952
 | عنوان = Opticks
 | مسار = https://archive.org/details/opticksortreatis0000newt_g6h9 | طبعة=4th
 | صفحات=Book II, Part III, Propositions XII–XX; Queries 25–29 | nopp = true
 | مكان=Dover (NY)
 | ناشر = [[Dover Publications]]
 | الرقم المعياري=0-486-60205-2
}}</ref> في أوائل القرن التاسع عشر، شرح كل من [[توماس يانغ (عالم)|توماس يونغ]] و[[أوغستان-جان فرينل|فرسنل أوغست]] بوضوح عملية [[تداخل (توضيح)|تداخل]] وانكسار الضوء ومع العام [[1850]] تم قبول نماذج الموجة عمومًا.<ref>
{{استشهاد بكتاب
 | الأخير = Buchwald | الأول = J.Z.
 | سنة = 1989
 | عنوان = The Rise of the Wave Theory of Light: Optical Theory and Experiment in the Early Nineteenth Century
 | ناشر = [[دار نشر جامعة شيكاغو]]
 | الرقم المعياري=0-226-07886-8
 | oclc = 18069573
}}</ref> في [[1865]]، [[معادلات ماكسويل|تنبؤات]] [[جيمس كليرك ماكسويل|جيمس كلرك ماكسويل]]<ref name="maxwell">
{{استشهاد بدورية محكمة
 | الأخير = Maxwell | الأول = J.C. | مؤلف-وصلة = James Clerk Maxwell
 | سنة = 1865
 | عنوان = [[A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field]]
 | صحيفة = [[المداولات الفلسفية للجمعية الملكية|المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية]]
 | المجلد = 155 |صفحات = 459–512
 | doi = 10.1098/rstl.1865.0008
}} تلى هذا المقال عرضاً تقديميًا من ماكسويل في [[8 ديسمبر]] [[1864]] للجمعية الملكية.</ref> بأن الضوء عبارة عن موجة كهرومغناطيسية والذي تأكد تقريبًا في [[1888]] بواسطة تحسس موجات الراديو من قبل [[هاينريش هيرتز|هنريك هيرتز]]'<ref name="hertz">
{{استشهاد بدورية محكمة
 | الأخير = Hertz | الأول = H. | مؤلف-وصلة = Heinrich Hertz
 | سنة = 1888
 | عنوان = Über Strahlen elektrischer Kraft
 | صحيفة = [[Sitzungsberichte der Preussischen Akademie der Wissenschaften]] (Berlin)
 | المجلد = 1888 | صفحات = 1297–1307
}} {{أيقونة ألمانية}}</ref>—بدا أنها آخر صيحة لنماذج الضوء الجسيمية.

[[ملف:Light-wave-ar.svg|تصغير|340بك|في 1900، [[جيمس كليرك ماكسويل|ماكسويل]] [[معادلات ماكسويل|النموذج النظري للضوء]] على أنه تذبذب مجالين [[حقل كهربائي|كهربائي]] و[[حقل مغناطيسي|مغناطيسي]] بدت مكتملة. مع ذلك، العديد من الملاحظات لم يكن ممكنًا تفسيرها بأي نموذج موجي من [[موجة كهرومغناطيسية|الإشعاع الكهرومغناطيسي]]، وهذا أدى للفكرة القائلة بأن طاقة الضوء كانت قد رزمت في ''كمّات'' الموصوف بالعلاقة E=hν. بينت تجارب لاحقة أن كمات الضوء هذه تحمل أيضًا كمية تحرك وعليه، يمكن اعتبارها [[جسيم أولي|جسيمات]]: ولد مفهوم '''الفوتون'''، مؤديًا إلى تفهم عميق للمجالات الكهربائية والمغنطيسية نفسها.]]
إن [[معادلات ماكسويل|نظرية الموجة لماكسويل]]، مع ذلك،  لا تحسب حسابًا لجميع خصائص الضوء. تتنبأ نظرية ماكسويل بأن طاقة موجة الضوء تعتمد فقط على [[شدة (توضيح)|شدتها]]، ليس على [[تردد]]ها، على الرغم من أن أنواع عديدة من التجارب المستقلة تظهر أن الطاقة الممنوحة بالضوء للذرات تعتمد على تردد الضوء فقط وليس شدته. على سبيل المثال، [[كيمياء ضوئية|بعض التفاعلات الكيميائية]] يتم إثارتها فقط عن طريق ضوء بتردد أعلى من حد معين. إذا كان هذا الضوء ذا تردد أقل فمهما بلغت شدته لا يحفز التفاعل. بالمثل، بالإمكان نزع الكترونات من صفيحة معدنية بتسليط ضوء ذي تردد عالي بقدر كاف عليها ([[ظاهرة كهروضوئية|تأثير كهروضوئي]])؛ تتعلق طاقة الالكترونات المنتزعة بتردد الضوء فقط، وليس الشدة.<ref>اعتماد التردد الإضاءة ص. 276f., التأثير الكهروضوئي قسم 1.4 في {{استشهاد بكتاب
 | الأخير=Alonso | الأول=M.
 | مؤلف2-الأخير=Finn | مؤلف2-الأول=E.J.
 | عنوان=Fundamental University Physics Volume III: Quantum and Statistical Physics
 | ناشر={{وإو|أديسون-ويسلي|Addison-Wesley}}
 | الرقم المعياري=0-201-00262-0
 | سنة=1968
}}</ref><ref group="ملاحظات">ينبغي فهم أنها "بغض النظر عن كمية الشدة" تشير إلى كميات شدتها تحت 10<sup>13</sup> W/cm<sup>2</sup> تقريبا والتي تبدأ عندها نقطة [[نظرية فوضى الكون|نظرية التشويش]] بالانهيار. المثير للاهتمام في موضوع الشدة، والذي يكون للضوء المرئي تقريبا فوق 10<sup>14</sup> W/cm<sup>2</sup>،  يتنبأ الوصف الكلاسيكي للموجة أن الطاقة المكتسبة بواسطة الإلكترونات، تدعى [[طاقة بنديرو الدافعة]]. انظر أيضًا <sup>[http://adsabs.harvard.edu/abs/1996AIPC..369.1234B]</sup>. بالمقارنة،  فإن ضوء الشمس ليس سوى 0.1 W/cm<sup>2</sup>. {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20171011192424/http://adsabs.harvard.edu/abs/1996AIPC..369.1234B|date=11 أكتوبر 2017}}</ref>

=== اكتشاف الفوتون ===
يمكن تلخيص أبرز الأحداث التاريخية في اكتشاف الفوتون كما يلي:<!-- أتمنى أن يكون العنوان والمحتوى مناسب -->
* [[1900]]: وصف الفيزيائي [[ماكس بلانك]] الضوء وكل أشكال ال[[طاقة]] الإشعاعية بأنها تيارات من [[جسيم (توضيح)|جسيمات]] تسمى كمات وكل كم من الطاقة حزمة ولا يمكن تقسيمها، والفوتون كم من الطاقة ال[[كهرومغناطيسية]].
* [[1902]]: العالم [[فيزياء|الفيزيائي]] [[فيليب أنتون لينارد]] لاحظ أن كمية ال[[طاقة]] المعطاة لإلكترون اعتمدت فقط على لون الضوء الذي سطع على القطب الكهربائي.
* [[1905]]: العالم [[فيزياء|الفيزيائي]] [[ألبرت أينشتاين]] توصل إلى أن طاقة الفوتون تعتمد على طولها الموجي أو ترددها؛ فمثلًا فوتون الضوء ال[[بنفسجي]] له طاقة أعلى من فوتون الضوء ال[[أحمر]] لأن الضوء البنفسجي له تردد أعلى مما للضوء الأحمر.
* [[1922]]: العالم الفيزيائي [[آرثر كومبتون]] وحسب اكتشافه المعروف ب[[ظاهرة كومبتون|تأثير كومبتون]] هو دليل قوي على أن الفوتونات هي في الواقع جسيمات فعندما تصطدم فوتونات [[أشعة سينية|الأشعة السينية]] مع الإلكترونات ينحرف كلا الجسيمين عن ممرهما المبدئي ويعطي فوتون الأشعة السينية بعض طاقته لل[[إلكترون]]؛ ونتيجة لذلك يسقط فوتون [[أشعة سينية|الأشعة السينية]] على تردد أقل.
[[ملف:Photon.svg|تصغير|رمز لل[[جسيم]] الضوئي [[الفوتون]] [[γ]]]]

== الفوتون في الفراغ ==

يتحرك الفوتون في الفراغ ب[[سرعة الضوء]] 299792458 متر/ثانية وسرعته ثابته لا تتغير إلا إذا دخل وسطًا آخر مثل الزجاج.

وبصفته كمية طاقة تعتمد طاقته <math>E</math> على [[ثابت بلانك]] <math>h</math> وتعطى بالعلاقة:

:<math>E =  h\nu\,.</math>

حيث:

<math>\nu</math> تردد موجة الفوتون

ونعطي هنا مثالًا عدديًا لفوتون معهود من الفوتونات الضوئية:

:<math>E = \hbar \omega = (6{,}582\,119\,15 \cdot 10^{-16}\ \mathrm{eV \cdot s}) \cdot

\omega</math>&nbsp;,&nbsp;&nbsp;

حيث:
 
'' <math>E</math> '' طاقة الفوتون بال[[إلكترون فولت]] eV

:<math>\hbar = h/2\pi</math>
 
<math>\omega</math>: التردد الزاوي (1/ثانية).

فإذا كان التردد الزاوي: (في الثانية) ω = 1,520&nbsp;·&nbsp;10<sup>15</sup>

تكون طاقة الفوتون: E = 1 eV

وهذه طاقة شعاع ضوء في منطقة طيف [[الأشعة تحت الحمراء]].

كما يمكن حساب طاقة الفوتون بمعرفة [[طول الموجة|طول موجته]]، من المعادلة:
 
:<math>E = h \cdot \nu = h \cdot c / \lambda = \left(1{,}239\,841\,939\ \mathrm {eV\mu m}\right) / \lambda</math>

حيث:

λ طول موجة الفوتون بالميكرومتر

فإذا كانت طول موجة الفوتون تساوي= 1,240 [[ميكرومتر]] فهي تساوي 1240 [[نانومتر]]

وتكون طاقة الفوتون: E = 1 eV

وللمقارنة فإن شعاع ضوء ذو طول موجة 620 نانومتر يكون لونه برتقالي، وبالتالي تكون طاقته = 2 إلكترون فولت.

والفوتون يتحرك باستمرار بسرعة الضوء ولا يوجد في حالة سكون، لذلك فله كمية حركة <math>p</math> وهي تعطى بالعلاقة التالية الناتجة عن [[ميكانيكا الكم]]:

:<math>p=\frac{h \nu}{c}=\frac{h}{\lambda}\,.</math>

== كيف ينشأ الفوتون ==

[[ملف:Bohr atom model.svg|تصغير|300px|ينشأ الفوتون الضوئي في الذرة عندما يقفز أحد إلكترونات الذرة من مستوى طاقة علوي إلى مستوى طاقة سفلي، عندئذ يطلق الإلكترون فارق الطاقة على هيئة فوتونًا له تردد محدد.]]

ينشأ الفوتون الضوئي في الغلاف [[ذرة|الذري]] الإلكتروني عندما تتأثر الذرة بفعل ال[[حرارة]] مثلًا ويصبح أحد الإلكترونات في مستوى طاقة للذرة عال، ولا يستطيع الإلكترون البقاء في ذلك المستوى فسرعان ما يقفز إلى مستوى طاقة سفلي ويطلق فارق الطاقة في هيئة فوتون (شعاع ضوء) له تردد محدد أو ذي طول موجة محددة.

فذرة ال[[صوديوم]] على سبيل المثال تطلق عند الإثارة شعاعي ضوء تبلغ طول موجتهما 589 [[نانومتر]] و 590 نانومتر. ويقع هذان الشعاعان في منطقة اللون ال[[أصفر]] [[طيف (توضيح)|للطيف]]، هذان الشعاعان هما فوتونان.

وطيف ال[[زئبق]] يصدر خطين من الفوتونات طول موجتيهما 579 و 577 نانومتر يقعان في منطقة الضوء الأصفر وخط ثالث ذو طول موجة 546 نانومتر وهذا يقع في منطقة الضوء ال[[أخضر]].

وكل من هذه الفوتونات ينشأ عندما يقفز أحد الإلكترونات من مستوى للطاقة عال إلى مستوى منخفض. وتصل طاقة هذه الفوتونات بين 0.5 و 0.6 إلكترون فولت (أي أقل من 1 إلكترون فولت).

وبصفة عامة فالفوتونات عبارة عن [[موجة كهرومغناطيسية|أشعة كهرومغناطيسية]]، بعضها يمكن رؤيته وينتمي إلى أشعة [[طيف مرئي|الضوء المرئي]]، والبعض الآخر يمكن أن يظهر في هيئة شعاع من [[أشعة سينية|الأشعة السينية]] ذات الطاقة العالية وبالتالي فلها درجة نفاذ عالية. وتنشأ الأشعة السينية عندما يقفز إلكترون من مستوى عال في الذرة إلى مكان شاغر في الذرة بالقرب من النواة. فيكون فرق طاقتي المستويين بالغًا ويصل إلى عدة مئات إلكترون فولت.

وهناك نوع من الفوتونات ذو طاقة عالية جدًا تبلغ عدة ملايين إلكترون فولت مثل [[أشعة غاما]]. هذه الفوتونات لا تنشأ في الغلاف الذري للعناصر، وإنما تصدر من نواة الذرة.

== التسمية ==

في عام [[1900]]م كان [[ماكس بلانك]] يعمل على مسألة إشعاع [[الجسم الأسود]]، وتوصل إلى أن الطاقة في الأمواج الكهرومغناطيسية لا يُمكن أن تنتشر إلا على شكل «حزم صغيرة» من الطاقة، أطلق عليها «الكموم» (جمع كم). لاحقًا وفي عام [[1905]]م ذهب [[ألبرت أينشتاين|ألبرت آينشتاين]] إلى أبعد من ذلك حين قال أن الأمواج الكهرومغناطيسية لا يُمكن أن توجد إلا على شكل حزم طاقة.<ref name="Einstein1905">
{{استشهاد بدورية محكمة
 | الأخير = Einstein | الأول = A.
 | مؤلف-وصلة = Albert Einstein
 | سنة = 1905
 | عنوان = Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt
 | مسار = https://archive.org/details/sim_annalen-der-physik_1905_17_1/page/132 | صحيفة = [[Annalen der Physik]]
 | المجلد = 17 | صفحات = 132–148
 | doi = 10.1002/andp.19053220607
|مسار أرشيف= https://web.archive.org/web/20220528001452/https://archive.org/details/sim_annalen-der-physik_1905_17_1/page/132|تاريخ أرشيف=2022-05-28}} {{أيقونة ألمانية}}. A partial [[s:A Heuristic Model of the Creation and Transformation of Light|English translation]] is available from [[ويكي مصدر]].</ref> وقد أطلق عليها اسماً مشابهاً وهو «كموم الضوء». أما كلمة «فوتون» فقد اشتقت من الكلمة الإغريقية "φως" (فوس) والتي تعني «ضوء». وقد كان من ابتكر الكلمة هو الفيزيائي [[غلبرت لويس]] في عام [[1926]]، والذي نشر نظرية تخمينية -غير تجريبية– حول أن «الفوتونات [[حفظ الطاقة (فيزياء)|لا تستحدث ولا تفنى]]».<ref name="Lewis1926">
{{استشهاد بدورية محكمة
 | الأخير=Lewis | الأول = G.N. | مؤلف-وصلة = Gilbert N. Lewis
 | عنوان = The conservation of photons
 | صحيفة = [[نيتشر (مجلة)]]
 | سنة = 1926
 | المجلد = 118 | صفحات = 874–875
 | doi = 10.1038/118874a0
}}</ref> وبالرغم من أن نظرية لويس لم تلاقِ قبولاً لتعارضها مع العديد من التجارب العلمية، إلا أن معظم الفيزيائيين استخدموا «فوتونه» الجديد مباشرة بعد طرح النظرية. حسب [[إسحق عظيموف|إسحاق أسيموف]]،  [[آرثر كومبتون]] هو من عرّف «كموم الطاقة» بأنها «فوتونات» في عام [[1923]].<ref>
{{استشهاد بكتاب
 | عنوان = The Neutrino, Ghost Particle of the Atom
 | الأول = I. |الأخير =Asimov |مؤلف-وصلة=Isaac Asimov
 | مكان = Garden City (NY)
 | ناشر = [[دابلداي]]
 | سنة = 1966
 | المعرف = {{LCCN|660|1707|3}}
 | مسار =
}}</ref><ref>
{{استشهاد بكتاب
 | عنوان = The Universe From Flat Earth To Quasar
 | الأول = I. |الأخير =Asimov |مؤلف-وصلة=Isaac Asimov
 | مكان =New York (NY)
 | ناشر = [[Walker (publisher)|Walker]]
 | المعرف = {{LCCN|660|2251|5}}
 | مسار =
 | سنة = 1966
}}</ref>

وعادة ما يُشار في الفيزياء إلى الفوتون برمز "γ" (الحرف الإغريقي «غاما»). وربما استخدم هذا الرمز تيمّناً ب[[أشعة غاما]] (والتي اكتشفها وأسماها الفيزيائي «باول فيلارد» في عام [[1990]]<ref>
{{استشهاد بدورية محكمة
 | الأخير = Villard | الأول = P. | مؤلف-وصلة = Paul Ulrich Villard
 | سنة = 1900
 | عنوان = Sur la réflexion et la réfraction des rayons cathodiques et des rayons déviables du radium
 | صحيفة = [[Comptes Rendus des Séances de l'Académie des Sciences]] (Paris)
 | المجلد = 130 | صفحات = 1010–1012
}} {{أيقونة فرنسية}}</ref><ref>
{{استشهاد بدورية محكمة
 | الأخير = Villard | الأول = P. | مؤلف-وصلة = Paul Ulrich Villard
 | سنة = 1900 | عنوان = Sur le rayonnement du radium
 | صحيفة =[[Comptes Rendus des Séances de l'Académie des Sciences]] (Paris)
 | المجلد = 130 | صفحات = 1178–1179
}} {{أيقونة فرنسية}}</ref>) لأنه تبيّن أنها من الأمواج الكهرومغناطيسية في عام [[1914]].<ref>
{{استشهاد بدورية محكمة
 | الأخير = Rutherford | الأول = E. | مؤلف-وصلة = Ernest Rutherford
 | المؤلفون = [[إدوارد اندرادي]]
 | سنة = 1914
 | عنوان = The Wavelength of the Soft Gamma Rays from Radium B
 | صحيفة = [[Philosophical Magazine]]
 | المجلد = 27 |صفحات = 854–868
}}</ref> في ال[[كيمياء]] و[[هندسة بصرية|الهندسة البصرية]] يُرمز للفوتونات عادة بالرمز "hν"، حيث أن "h" هو ثابت بلانك و"ν" هو حرف إغريقي يدل على تردد الموجات. ويوجد رمز أقل شيوعاً هو "hf" حيث "f" اختصار للكلمة الإنجليزية "frequency" والتي تعني تردد.

== الخصائص الفيزيائية ==

الفوتون عديم ال[[كتلة]] ([[#الكتلة|انظر أدناه]]) و[[شحنة كهربائية|الشحنة الكهربائية]]<ref name="chargeless">
{{استشهاد بدورية محكمة
 | الأخير = Kobychev | الأول = V.V.
 | المؤلفون = Popov, S.B.
 | سنة = 2005
 | عنوان = Constraints on the photon charge from observations of extragalactic sources
 | صحيفة = [[Astronomy Letters]]
 | المجلد = 31 | صفحات = 147–151
 | doi = 10.1134/1.1883345
}}</ref> ولا [[اضمحلال الجسيمات|يضمحل]] في الفضاء الخالي. الفوتون هو [[بوزون عياري|البوزون الحامل]] [[قوة كهرومغناطيسية|للقوة الكهرومغناطيسية]]<ref>Role as gauge boson and polarization section 5.1 in
{{استشهاد بكتاب
 | الأخير = Aitchison | الأول =I.J.R.
 | مؤلف2-الأخير = Hey | مؤلف2-الأول = A.J.G.
 | عنوان=Gauge Theories in Particle Physics
 | ناشر={{Ill-WD2|دار نشر معهد الفيزياء|id=Q2915886}}
 | سنة=1993
 | الرقم المعياري=0-85274-328-9
}}</ref>، ونظريًا كل [[عدد كمي|الأعداد الكمية]] الأخرى للفوتون (مثل [[عدد باريون|عدد الباريون]] و[[نكهة (فيزياء الجسيمات)|الأعداد الكمية للنكهة]]) هي صفر<ref>See p.31 in
{{استشهاد بدورية محكمة
 |الأخير=Amsler |الأول=C.
 |المؤلفون=et al.
 |عنوان=Review of Particle Physics
 |صحيفة=[[Physics Letters]]
 |المجلد=B667 |صفحات=1–1340
 |سنة=2008
}}.</ref>

العلاقة بين [[طاقة]] و[[زخم الحركة|زخم حركة]] الفوتون هي "E = pc"، حيث أن "E" هي الطاقة و"p" هي مقدار [[متجه]] زخم الحركة و"c" هي سرعة الضوء.<ref>See section 1.6 in {{استشهاد بكتاب
 | الأخير = Alonso | الأول=M.
 | مؤلف2-الأخير = Finn | مؤلف2-الأول=E.J.
 | عنوان = Fundamental University Physics Volume III: Quantum and Statistical Physics
 | ناشر = {{وإو|أديسون-ويسلي|Addison-Wesley}}
 | سنة = 1968
 | الرقم المعياري=0-201-00262-0
}}</ref> طاقة وزخم حركة الفوتون يعتمدان فقط إما على [[تردد]]ه (ν) أو بشكل مساو على [[طول الموجة|طوله الموجي]] (λ):

:<math>E = \hbar\omega = h\nu = \frac{h c}{\lambda}</math>

حيث أن "K" هو «متجه الموجة» و"ω" هو [[تردد زاوي|التردد الزاوي]] و"ħ" هو [[ثابت بلانك]].<ref>[http://physics.uoregon.edu/~soper/Light/photons.html Electromagnetic radiation is made of photons] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20130403084451/http://physics.uoregon.edu/~soper/light/photons.html |date=03 أبريل 2013}}</ref>

وأيضًا يملك الفوتون دورانًا مغزليًا لا يعتمد على تردده. ومقدار دورانه هو <math>\scriptstyle{\sqrt{2} \hbar}</math>

=== الكتلة ===

يُعتقد حالياً أن الفوتون عديم [[كتلة ساكنة|الكتلة السكونية]] <ref group="ملاحظات">أثبتت نظرية [[النسبية الخاصة]] لآينشتاين أن كتلة الأجسام يُمكن أن تزيد في حال تحركت بسرعة قريبة من سرعة الضوء. وعند 86% من [[سرعة الضوء]] تتضاعف الكتلة. ولذلك فقد وُلد مصطلحان للتعبير عن الكتلة هما: [[كتلة ساكنة|الكتلة السكونية]]، وهي كتلة الأجسام عندما تكون ثابتة. [[الكتلة الحركية|والكتلة الحركية]]، وهي كتلة الأجسام عندما تتحرك بما يقارب سرعة الضوء.</ref> تمامًا (كتلته السكونية ليست قليلة جدًا بل هي لا شيء). في الواقع التعبير الشائع عن "c" بأنها سرعة تحرك الضوء هو خطأ،  بل هي ثابت طبيعي يُمثل الحد الأقصى للسرعة التي يُمكن لأي جسم التحرك بها نظريًا في ال[[زمكان]].<ref>{{استشهاد بدورية محكمة|مؤلف= David Mermin|عنوان=Relativity without light|صحيفة=American Journal of Physics| تاريخ= February 1984| المجلد= 52(2)|صفحات=119–124}}</ref> وهكذا فيمكن ان تمثل سرعة الأمواج في الزمكان (أمواج الجاذبية والجاذبية)، لكنها ليست سرعة الفوتونات في الفراغ تحديدًا.

== الاعتراضات الأولية ==
تم التحقق من تنبؤات [[ألبرت أينشتاين|أينشتاين]] عام [[1905]] تجريبياً بطرق عدة خلال العقدين الأولين من [[القرن 20|القرن العشرين]]. قبل [[ظاهرة كومبتون|تجربة كومبتون (تأثير كومبتون)]] التي أثبتت أن الفوتونات حملت [[زخم الحركة|زخم حركة]] متناسب مع [[عدد الموجة|رقم الموجة]] (ال[[تردد]]) كان معظم الفيزيائيين مترددين في الاعتقاد بأن [[موجة كهرومغناطيسية|الإشعاع الكهرومغناطيسي]] قد يكون جسيمي، بدلاً من ذلك كان هناك اعتقاد منتشر بأن تكميم الطاقة ينتج عن بعض القيود الغير معروفة لل[[مادة]] الماصة والباعثة للإشعاع. تغيرت الآراء بمرور الوقت ويعود التغير بشكل جزئي إلى تجارب مثل [[ظاهرة كومبتون|تأثير كومبتون]]، حيث كان من الصعوبة بشدة ألا يعزى التكميم إلى ال[[ضوء]] نفسه لتفسير النتائج الملاحظة.

حتى بعد [[ظاهرة كومبتون|تأثير كومبتون]]، قام كل من [[نيلز بور|نيلس بور]] و[[هندريك أنتوني كرامرز]]،  و[[جون سي سلاتر|جون كلارك سلاتر]] بمحاولة أخيرة للحفاظ على [[معادلات ماكسويل|نموذج ماكسويل للحقل الكهرومغناطيسي المستمر للضوء]] والتي أطلق عليها اسم [[نظرية بي كي إس|نظرية BKS]] نسبة إلى (بوهر-كرامرز-سلاتر) {{إنج|Bohr-Kramers-Slater}} <sup>[[w:BKS theory|<nowiki>[</nowiki>en<nowiki>]</nowiki>]]</sup>. لإدخال البيانات التي كانت متوفرة وقتها في الحساب، كان لابد من وضع فرضيتين جذريتين:

# يتم الحفاظ على ال[[طاقة]] و[[زخم الحركة]] فقط في المرحلة الوسطى للتفاعل بين ال[[مادة]] وال[[إشعاع]] وليس في العمليات الابتدائية كالامتصاص والانبعاث. هذا يسمح بالتوفيق بين الطاقة المتغيرة المتقطعة للنواة (القفز بين مستويات الطاقة) والتحرير المستمر للطاقة على هيئة اشعاع.
#التخلي عن السببية: مثال،  [[انبعاث تلقائي|الإشعاعات التلقائية]] هي فقط اشعاعات ناجمة عن [[حقل مغناطيسي|مجال مغناطيسي]] «افتراضي».

ومع ذلك،  أظهرت [[ظاهرة كومبتون|تجارب كومبتون المدققة]] بأن حفظ الطاقة وزخم الحركة يتم بشكل جيد جداً في العمليات الابتدائية،  وأن اهتزاز [[إلكترون|الالكترون]] وتوليد فوتون جديد في [[ظاهرة كومبتون|تأثير كومبتون]] يخضع للسبيبة خلال 10 [[بيكو ثانية]]. وفقا لذلك أعطى [[نيلز بور|بور]] وزملاؤه نهاية مشرفة لنموذجهم قدر المستطاع. ومع ذلك ألهم فشل نموذج [[نظرية BKS|نظرية بوهر-كرامرز-سلاتر]] الفيزيائي [[فيرنر هايزنبيرغ]] في تطويره ل[[ميكانيكا المصفوفة|ميكانيكا المصفوفات]].

استمر القليل من الفيزيائيين في تطوير النماذج النصف تقليدية والتي تصف [[موجة كهرومغناطيسية|الإشعاع الكهرومغناطيسي]] بأنه غير مكمم وتخضع فيها ال[[مادة]] لقوانين [[ميكانيكا الكم]]. بالرغم من أن الأدلة على وجود الفوتونات من التجارب الفيزيائية والكيميائية كانت ساحقة،  فإنها لن تؤخذ نتيجة مطلقة، نظراً لاعتمادها على [[ظاهرة كومبتون|التفاعل بين الضوء والمادة]]. ومع ذلك دحضت تمامًا كل النظريات النصف تقليدية المعقدة لل[[مادة]] في السبعينيات والثمانينيات من القرن العشرين بالتجارب المرتبطة بالفوتون. ومنذ ذلك الحين تم الأخذ بعين الاعتبار نظرية [[ألبرت أينشتاين|أينشتاين]] بأن التكميم خاصية لل[[ضوء]] نفسه ليتم إثباتها.

== انظر أيضاً ==
* [[موجة كهرومغناطيسية]]
* [[ضوء]]
* [[طيف (توضيح)|طيف]]
* [[طيف كهرومغناطيسي]]
* [[ليزر]]
* [[تأثير دوبلر]]
* [[استقطاب الفوتون]]
* [[ميكانيكا الكم]]
* [[بوزون عياري|بوزون قياسي]]
* [[حامل القوة|حامل قوة]]
* [[قوة كهرومغناطيسية]]
* [[عودة ارتباط]]

== ملاحظات ==
<references group="ملاحظات"/>

== هوامش ==
* {{هامش|ملاحظة 1}} المرادفات: ويترجم إلى '''الجسيم الضوئي'''<ref name="DIC"/> أو '''الضُّويئ'''<ref>{{استشهاد بويكي بيانات|Q124425203|ص=353}}</ref>

== المراجع ==
{{مراجع|2}}

{{تصنيف كومنز|Photon}}
{{جسيمات}}
{{كهروديناميكا كمية}}
{{معرفات مركب كيميائي}}
{{ضبط استنادي}}
{{مصادر طبية}}
{{شريط بوابات|الفيزياء|بصريات|علم المواد}}

[[تصنيف:بصريات]]
[[تصنيف:بوزونات]]
[[تصنيف:بوزونات قياسية]]
[[تصنيف:جسيمات أولية]]
[[تصنيف:فوتونات]]
[[تصنيف:كهرطيسية]]
[[تصنيف:كهروديناميكا كمية]]
[[تصنيف:مفاهيم فيزيائية]]