Фотон (від греч.(грецький) phos, родовий відмінок photós – світло), елементарна частка, квант електромагнітного випромінювання (у вузькому сенсі – світла). Маса спокою m 0 Ф. дорівнює нулю (з дослідних даних виходить, що в усякому разі m 0 (4×10 -21 m е , де m е – маса електрона), і тому його швидкість рівна швидкості світла з » 3×10 10 см/сек. Спин (власний момент кількості руху) Ф. рівний 1 (у одиницях = h/ 2p, де h = 6,624×10 -27 ерг × сік – постійна Планка), і, отже, Ф. відноситься до бозонам . Частка із спином J і ненульовий масою спокою має 2 J + 1 станів спинів, що розрізняються проекцією спину, але у зв'язку з тим, що уФ. m 0 = 0, він може знаходитися лише в двох станах спинів з проекціями спину на напрям руху ± 1; цій властивості Ф. у класичній електродинаміці відповідає поперечность електромагнітної хвилі.
Т. до. не існує системи відліку, в якій Ф. покоїться, йому не можна приписати визначеною внутрішньою парності . По електричної і магнітної мультіпольностям системи зарядів (2 l -поля; див.(дивися) Мультиполь ) , що випромінює даний Ф., розрізняють стани Ф. електричного і магнітного типа; парність електричного мультипольного Ф. рівна (– 1) l , магнітного (– 1) l + 1 . Ф. – абсолютно (істинно) нейтральна частка і тому володіє певним значенням зарядової парності (див. Зарядове сполучення ) , рівним -1. Окрім електромагнітної взаємодії, Ф. бере участь в гравітаційній взаємодії.
Уявлення про Ф. виникло в ході розвитку квантової теорії і теорії відносності. (Сам термін «фотон» з'явився лише в 1929.) У 1900 М. Планк отримав формулу для спектру теплового випромінювання абсолютно чорного тіла (див. Планка закон випромінювання ) , виходячи з припущення, що випромінювання електромагнітних хвиль відбувається певними порціями – «квантами», енергія яких може приймати лише дискретний ряд значень, кратних неділимою порції – кванту h n, де n – частота електромагнітної хвилі. Розвиваючи ідею Планка, А. Ейнштейн ввів гіпотезу світлових квантів, згідно якої ця дискретність обумовлена не механізмом поглинання і випускання, а тим, що само випромінювання складається з «неділимих квантів енергії, що поглинаються або випускаються лише цілком» (А. Ейнштейн, Збори наукових праць, т. 3, с. 93, М., 1966). Це дозволило Ейнштейнові пояснити ряд закономірностей фотоефекту, люмінесценції, фотохімічних реакцій. В той же час створена Ейнштейном спеціальна теорія відносності (1905) привела до відмови від пояснення електромагнітних хвиль коливаннями особливого середовища – ефіру, і тим самим створила передумови для того, щоб рахувати випромінювання однієї з форм матерії, а світлові кванти – реальними елементарними частками. У дослідах А. Комптона по розсіянню рентгенівських променів було встановлено, що кванти випромінювання підкоряються тим же кінематичним законам, що і частки речовини, зокрема кванту випромінювання з частотою n необхідно приписати також і імпульс h n /c (див. Комптона ефект ) .
До середини 30-х рр. в результаті розвитку квантової механіки стало ясно, що ні наявність хвилевих властивостей, що виявляються в хвилевих властивостях світла, ні здатність зникати або з'являтися в актах поглинання і випромінювання не виділяють Ф. серед інших елементарних часток. Виявилось, що частки речовини, наприклад електрони, володіють хвилевими властивостями (див. Хвилі де Бройля, Дифракція часток ), і була встановлена можливість взаємоперетворення пар електронів і позитронів у Ф.: наприклад в електростатичному полі атомного ядра Ф. з енергією вище 1 Мев (фотони з енергією вище 100 кев часто називають g - квантами) може перетворитися на електрон і позитрон (процес народження пари) і навпаки, зіткнення електрона і позитрона приводить до перетворення їх в два (або три) g-кванті (анігіляція пари; див.(дивися) Анігіляція і народження пар ) .
Сучасною теорією, що послідовно описує взаємодії Ф., електронів і позитронів з врахуванням їх можливих взаємоперетворень, є квантова електродинаміка (див. Квантова теорія поля ) . Вона розглядає електромагнітну взаємодію між зарядженими частками як процес обміну віртуальними Ф. (див. Віртуальні частки ) . Самі Ф. через утворення віртуальних позитронних для електрона пар також можуть взаємодіяти між собою, проте вірогідність такої взаємодії дуже мала і експериментально воно не спостерігалося. При розсіянні Ф. високих енергій на адронах і атомних ядрах слід враховувати, що Ф. може перетворюватися віртуально на сукупність адронів, які сильно взаємодіють з адронами мішені. В той же час віртуальний Ф., що виникає, наприклад, при анігіляції електрона і позитрона високих енергій, може перетворюватися на реальні адрони. (Такі процеси спостерігаються на зустрічних позитронних для електрона пучках.) Опис взаємодії реальних і віртуальних Ф. з адронами здійснюється за допомогою різних теоретичних моделей, наприклад векторній домінантності (див. Електромагнітні взаємодії ) , моделі партонов і ін.
З кінця 60-х рр. розвивається єдина теорія електромагнітних і слабких взаємодій, в якій Ф. виступає разом з трьома гіпотетичними «переносниками» слабких взаємодій – векторними бозонами (двома зарядженими W + , W - і одним нейтральним Z 0 ) .
Загальновідомі джерела Ф. – джерела світла. Джерелами g-квантів є радіоактивні ізотопи, а також мішені, що опромінюються прискореними електронами.
Літ: Ейнштейн А., Про розвиток наших поглядів на суть і структуру випромінювання. Собр. науч.(науковий) праць, т. 3, М., 1966, с. 181; Бом Д., Квантова теорія, пер.(переведення) з англ.(англійський), 2 видавництва, М., 1965.
