光子

光子是傳遞電磁相互作用的基本粒子，是一種規范玻色子。光子是電磁輻射的載體，而在量子場論中光子被認為是電磁相互作用的媒介子。與大多數基本粒子（如電子和夸克）相比，光子的靜止質量為零（關於光子的波動性是經典電磁理論描述的電磁波的波動還是量子力學描述的幾率波的波動這一問題請參考下文波粒二象性和不確定性原理）；而光子的粒子性則表現為和物質相互作用時不像經典的波那樣可以傳遞任意值的能量，光子只能傳遞量子化的能量，即：

E = h\nu\,

這里

h\,

是普朗克常數，

\nu\,

是光波的頻率。對可見光而言，單個光子攜帶的能量約為4×10^-19焦耳，這樣大小的能量足以激發起眼睛上感光細胞的一個分子，從而引起視覺。除能量以外，光子還具有動量和偏振態，不過由於有量子力學定律的制約，單個光子沒有確定的動量或偏振態，而只存在測量其位置、動量或偏振時得到對應本征值的幾率。光子的概念是愛因斯坦在1905年至1917年間提出的，當時被普遍接受的關於光是電磁波的經典電磁理論無法解釋光電效應等實驗現象。相對於當時的其他半經典理論在麥克斯韋方程的框架下將物質吸收和發射光的能量量子化，愛因斯坦首先提出光本身就是量子化的，這種光量子（英文，德文）被稱作光子。這一概念的形成帶動了實驗和理論物理學在多個領域的巨大進展，例如雷射、玻色-愛因斯坦凝聚、量子場論、量子力學的統計詮釋、量子光學和量子計算等。根據粒子物理的標準模型，光子是所有電場和磁場的產生原因，而它們本身的存在，則是滿足物理定律在時空內每一點具有特定對稱性要求的結果。光子的內秉屬性，例如質量、電荷、自旋等，則是由規范對稱性所決定的。光子的概念也應用到物理學外的其他領域當中，如光化學、雙光子激發顯微技術，以及分子間距的測量等。在當代相關研究中，光子是研究量子電腦的基本元素，也在複雜的光通信技術，例如量子密碼學等領域有重要的研究價值。 (摘錄於Wikipedia)