Foton

Foton
Komposisi:	Partikel dasar
Kelompok:	Gauge boson
Interaksi:	Elektromagnetik,Interaksi lemah,Gravitasi
Simbol:	γ
Penggagas:	Albert Einstein
Massa:	0 <1×10−18eV/c2
Jangka hidup:	Stabil
Muatan listrik:	0 <1×10−35e
Spin:	1

Foton yang dipancarkan dalam berkas koherenlaser

Fotonadalahpartikel elementerdalam fenomenaelektromagnetik.Biasanya foton dianggap sebagai pembawaradiasi elektromagnetik,seperticahaya,gelombang radio,danSinar-X.Foton juga dapat diartikan sebagai energi terkuantisasi. Foton berbeda dengan partikel elementer lain sepertielektrondanquark,karena ia tidak bermassa dan dalam ruang vakum foton selalu bergerak dengankecepatan cahaya,c.Foton memiliki baik sifat gelombang maupun partikel ( "dualisme gelombang-partikel").

Sebagai gelombang, satu foton tunggal tersebar di seluruh ruang dan menunjukkan fenomena gelombang sepertipembiasanoleh lensa daninterferensidestruktif ketika gelombang terpantulkan saling memusnahkan satu sama lain.

Sebagai partikel, foton hanya dapat berinteraksi dengan materi dengan memindahkan energi sejumlah:

$E={\frac {hc}{\lambda }}$,

di mana$h$adalahkonstanta Planck,$c$adalahlaju cahaya,dan$\lambda$adalahpanjang gelombangnya.

Selain energi partikel foton juga membawamomentumdan memilikipolarisasi.Foton mematuhi hukummekanika kuantum,yang berarti kerap kali besaran-besaran tersebut tidak dapat diukur dengan cermat. Biasanya besaran-besaran tersebut didefinisikan sebagai probabilitas mengukur polarisasi, posisi, atau momentum tertentu.

Sebagai contoh, meskipun sebuah foton dapat mengeksitasi satumolekultertentu, sering tidak mungkin meramalkan sebelumnya molekul yang mana yang akan tereksitasi.

Deskripsi foton sebagai pembawa radiasi elektromagnetik biasa digunakan oleh para fisikawan. Namun dalamfisika teoretissebuah foton dapat dianggap sebagai mediator buat segala jenis interaksi elektromagnetik, sepertimedan magnetdan gaya tolak-menolak antara muatan sejenis.

Konsep modern foton dikembangkan secara berangsur-angsur antara 1905-1917 olehAlbert Einsteinuntuk menjelaskan pengamatan eksperimental yang tidak memenuhi model klasik untuk cahaya. Model foton khususnya memperhitungkan ketergantungan energi cahaya terhadap frekuensi, dan menjelaskan kemampuanmateridan radiasi elektromagnetik untuk berada dalamkesetimbangan termal.Fisikawan lain mencoba menjelaskan anomali pengamatan ini denganmodel semiklasik,yang masih menggunakanpersamaan Maxwelluntuk mendeskripsikan cahaya. Namun dalam model ini objek material yang mengemisi dan menyerap cahaya dikuantisasi. Meskipun model-model semiklasik ini ikut menyumbang dalam pengembanganmekanika kuantum,percobaan-percobaan lebih lanjut membuktikanhipotesisEinstein bahwa cahaya itu sendirilah yang terkuantisasi. Kuantum cahaya adalahfoton.

Konsep foton telah membawa kemajuan berarti dalam fisika teoretis dan eksperimental, sepertilaser,kondensasi Bose-Einstein,teori medan kuantumdan interpretasi probabilistik dari mekanika kuantum. Menurut model standar fisika partikel, foton bertanggung jawab dalam memproduksi semuamedan listrikdanmedan magnetdan foton sendiri merupakan hasil persyaratan bahwa hukum-hukum fisika memiliki kesetangkupan pada tiap titik padaruang-waktu.Sifat-sifat intrinsik foton sepertimuatan listrik,massadanspinditentukan dari kesetangkupangaugeini.

Konsep foton diterapkan dalam banyak area sepertifotokimia,mikroskopi resolusi tinggi dan pengukuran jarak molekuler. Baru-baru ini foton dipelajari sebagai unsurkomputer kuantumdan untuk aplikasi canggih dalam komunikasi optik sepertikriptografi kuantum.

Nomenklatur

Foton awalnya dinamakan sebagaikuantum cahaya(das Lichtquant) olehAlbert Einstein.Nama modern "photon" berasal dari kataBahasa Yunaniuntuk cahayaφῶς,ditransliterasi sebagaiphôs,dan ditelurkan oleh kimiawan fisikGilbert N. Lewis,yang menerbitkan teori spekulatifyang menyebutkan foton sebagai "tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan". Meskipun teori Lewis ini tidak dapat diterima karena bertentangan dengan hasil banyak percobaan, nama barunya ini,photon,segera diadopsi oleh kebanyakan fisikawan.Isaac AsimovmenyebutArthur Comptonsebagai orang yang pertama kali mendefinisikan kuantum cahaya sebagai foton pada tahun 1927.

Dalam fisika, foton biasanya dilambangkan oleh simbol γ abjad Yunanigamma.Simbol ini kemungkinan berasal darisinar gamma,yang ditemukan dan dinamakan olehVillard,dan dibuktikan sebagai salah satu bentuk radiasi elektromagnetik pada 1914 olehErnest RutherforddanEdward Andrade.

Dalamkimiadanrekayasa optik,foton biasanya dilambangkan oleh$h\nu$,energi foton,$h$adalahkonstanta Planckdan abjad Yunani$\nu$adalahfrekuensifoton. Agak jarang ditemukan adalah foton disimbolkan sebagaihf,fdi sini melambangkan frekuensi.

Sifat-sifat fisik

Diagram Feynmanpertukaran foton virtual (dilambangkan oleh garis gelombang dan gamma,$\gamma$) antara sebutirpositrondanelektron.

Foton tidak bermassa,tidak memilikimuatan listrik,dan tidak meluruh secara spontan di ruang hampa. Sebuah foton memiliki dua keadaan polarisasi yang dimungkinkan, dan dapat dideskripsikan dengn tiga parameter kontinu: komponen-komponenvektor gelombang,yang menentukan panjang gelombangnya ($\lambda$) dan arah perambatannya. Foton adalah bosongaugeuntukelektromagnetisme,dan sebab itu semua bilangan kuantum lainnya sepertibilangan lepton,bilangan baryonataustrangenessbernilai persis nol.

Foton diemisikan dalam banyak proses alamiah, contohnya ketika muatan dipercepat, saat transisi molekuler, atomik atau nuklir ke tingkat energi yang lebih rendah, atau ketika sebuah partikel danantipartikelbertumbukan dan saling memusnahkan. Foton diserap dalam proses dengan waktu mundur (time-reversed) yang berkaitan dengan yang sudah disebut di atas: contohnya dalam produksi pasangan partikel-antipartikel, atau dalam transisi molekuler, atomik atau nuklir ke tingkat energi yang lebih tinggi.

Dalam ruang hampa foton bergerak dengan laju$c$(laju cahaya). Energinya$E$danmomentum$p$dihubungkan dalam persamaan$E=pc$,di mana$p$merupakan nilai momentum. Sebagai perbandingan, persamaan terkait untuk partikel dengan massa$m$adalah$E^{2}=c^{2}p^{2}+m^{2}c^{4}$,sesuai denganteori relativitas khusus.