Qué es un fotón
Es una partícula elemental que forma parte de la luz y otras formas de radiación electromagnética. Los fotones no tienen masa y se mueven a la velocidad de la luz. A veces se les describe como paquetes de energía que pueden interactuar con la materia.
La química fotónica es un campo de estudio interdisciplinario que se enfoca en el uso de la radiación electromagnética para controlar y manipular sistemas químicos, lo que tiene aplicaciones importantes en áreas como la síntesis de materiales y la biotecnología.
Esta palabra proviene del griego «phos» que significa «luz». La terminación «-ón» es un sufijo que se utiliza comúnmente en física para indicar una partícula elemental con carga eléctrica nula.
Por lo que este término se refiere a la partícula elemental de la luz, que tiene una carga eléctrica nula y una energía discreta.
Descubrimiento del fotón
El descubrimiento del fotón de luz se remonta a principios del siglo XX, cuando los físicos estaban tratando de entender la naturaleza de la luz y la radiación electromagnética. En 1900, el físico alemán Max Planck propuso que la energía emitida por un cuerpo caliente no era continua, sino que estaba compuesta de pequeñas cantidades discretas llamadas «cuantos«.
Planck propuso esta idea para explicar una observación experimental conocida como la «catástrofe del ultravioleta«, en la que las teorías de la física clásica predecían una emisión infinita de radiación ultravioleta por parte de un cuerpo caliente, lo que contradecía los resultados experimentales.
En 1905, Albert Einstein propuso la teoría del efecto fotoeléctrico, en la que postuló que la luz estaba compuesta de partículas discretas de energía, que ahora se conocen como fotones.
Einstein propuso que la energía de los fotones estaba relacionada con su frecuencia, lo que explicaba por qué la luz de diferentes colores tenía diferentes niveles de energía.
Características de los fotones
- Se comportan tanto como partículas como ondas electromagnéticas.
- Debido a su naturaleza cuántica, pueden exhibir comportamientos como la interferencia y la difracción cuando se propagan.
- Son mediadores de la interacción electromagnética entre partículas cargadas eléctricamente.
- No interactúan entre sí, excepto en casos extremadamente raros en los que interactúan a través de procesos virtuales.
- Pueden ser absorbidos o emitidos por los átomos en procesos de absorción y emisión de radiación electromagnética.
- Pueden ser producidos por una variedad de procesos físicos, incluyendo:
- Emisión de un átomo o molécula.
- Transiciones entre niveles de energía atómica.
- Aceleración de partículas cargadas.
- Aniquilación de materia y antimateria.
- Reacciones nucleares.
- Interacciones electromagnéticas.
- No presentan carga eléctrica y no se evaporan espontáneamente en el vacío.
- Muestran características tanto corpusculares, como ondulatorias.
Energía de un fotón
La energía es una de las principales propiedades físicas del fotón. Se relaciona con su frecuencia y longitud de onda, y se puede calcular utilizando la ecuación de Planck-Einstein:
E=hf
Donde:
- E: energía.
- h: constante de Planck.
- f: frecuencia.
La constante de Planck es una constante fundamental en la física cuántica que se utiliza para relacionar la energía de las partículas con su frecuencia.
Velocidad
Su velocidad es constante y siempre viaja a la velocidad de la luz en el vacío, que es aproximadamente 299,792,458 metros por segundo. Esta es una de las constantes fundamentales de la física y se denota por la letra «c». La velocidad de la luz en el vacío es una velocidad límite que no puede ser superada por ninguna partícula con masa.
Vida
No tienen una vida propiamente dicha, ya que no son partículas que puedan decaer o desintegrarse. Son partículas elementales que existen desde el momento en que son emitidas hasta el momento en que son absorbidas o dispersadas.
Su existencia depende de su energía y de los procesos físicos que experimenta. Los fotones de alta energía, como los rayos gamma, pueden viajar grandes distancias sin ser absorbidos o dispersados, mientras que los de baja energía, como los que componen la luz son fácilmente absorbidos y dispersados por la materia que encuentran en su camino.
Aplicaciones de los fotones
Entre las diferentes aplicaciones que tienen estas partículas se encuentran:
- Los circuitos integrados CCD. Estos son dispositivos electrónicos utilizados para convertir la luz en señales eléctricas que pueden ser procesadas por computadoras.
- La fotoquímica (análisis de los efectos químicos de la luz y de la creación de radiación por las variaciones químicas).
- Medición de distancias moleculares.
- Se han utilizado en el ámbito militar, como en la creación de armas láser, aunque estas no son propiamente armas de fotones, ya que el láser es un haz de fotones concentrados en una dirección determinada y no se comporta como una «bala de luz» o similar.
- Un microscopio fotónico, también conocido como microscopio óptico o microscopio de luz, es un instrumento óptico que utiliza fotones para producir imágenes ampliadas de objetos y muestras.
- En las comunicaciones, ya que los cables de fibra óptica utilizan los fotones para transmitir información a través de largas distancias a altas velocidades.
- Se usan en la tecnología solar, puesto que los paneles solares convierten la energía de los fotones en energía eléctrica.
- El alisado fotónico es un proceso de alisado del cabello que utiliza tecnología de luz infrarroja para calentar el cabello y suavizar las hebras, sin dañarlas.
- Un cristal fotónico es un material que tiene una estructura periódica que controla la forma en que la luz se propaga a través de él. Puede ser utilizado para controlar y manipular la luz en diversas aplicaciones, como en la creación de nuevos materiales ópticos y dispositivos de comunicaciones.
- La ingeniería fotónica es la rama de la ingeniería que se enfoca en la generación, manipulación y detección de fotones para crear tecnologías que puedan utilizar la luz para diversas aplicaciones en la medicina, la industria y la ciencia.
