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Cosa
sono i fotoni?
Il
nome fotóne è dato al
"quanto" associato a un'onda elettromagnetica (in particolare
luminosa) nel quadro della meccanica quantistica: è una
particella neutra che si propaga nel vuoto, alla velocità
di circa 300.000 km/s, con una energia che dipende dalla
sua frequenza e con massa a riposo nulla.
Nel
corso dei secoli, la curiosità dell'uomo circa l'effettiva
composizione della luce è sempre stata viva. Sulla sua natura
sono state fatte molteplici ipotesi: si sosteneva che fosse
un'onda, poi che fosse composta da piccolissimi corpuscoli,
e così via.
Oggi
si sa che le diverse forme di energie raggiante, tra cui
appunto la luce e per esempio le onde radio o le microonde,
si trasmettono appunto attraverso onde elettromagnetiche,
che propagano un campo elettrico e un campo magnetico perpendicolari
tra loro e alla direzione di propagazione; questi campi
variano secondo una legge sinusoidale, la cui frequenza
è quella che caratterizza l'energia raggiante considerata.
Ma si è trovato sperimentalmente che questa energia non
è uniformemente distribuita tra le diverse frequenze, anzi
molti fenomeni stanno a dimostrare il suo carattere discontinuo.
Tuttavia, alcuni dati sperimentali ottenuti verso la fine
del 1800 non potevano essere spiegati pensandola come onda.
Agli
inizi del 1900 il fisico Max Planck
giunse alla conclusione che per spiegare correttamente gli
esiti degli esperimenti, era necessario "quantizzare"
gli effetti delle radiazioni. Era cioè necessario trattare
gli effetti della radiazione elettromagnetica e quindi dello
scambio di energia nelle particelle, come se fossero portati
da delle particelle.
Tra
gli esperimenti inspiegabili qualora si pensi alla luce
come ad un'onda luminosa, vi era l'effetto fotoelettrico.
Nel
1905 Albert Einstein
riuscì a spiegarlo, supponendo che la luce fosse composta
di corpuscoli elementari, i "quanti di energia" o
fotoni e che questi, nei loro urti con gli atomi,
trasmettessero agli elettroni periferici un'energia tale
da provocarne l'emissione ed il conseguente effetto fotoelettrico.
L'energia
di un fotone non è continua, ma è proporzionale alla frequenza
della radiazione elettromagnetica a cui appartiene, secondo
la formula:
è la costante di Planck.
Questa
ipotesi, eretta a postulato nella moderna teoria quantistica,
è confermata da numerosissime esperienze, delle quali la
più famosa è quella dell'effetto
Compton.
Un altro esempio importante è quello dell'emissione e assorbimento
di fotoni da parte di atomi: se un elettrone della nube
elettronica che circonda il nucleo passa da un'orbita più
esterna a una più interna, l'energia persa si manifesta
con una radiazione elettromagnetica, la cui frequenza v
è legata all'energia perduta E dalla relazione 
Il
fotone, come molte altre particelle elementari, ha un momento
angolare intrinseco o spin; tale proprietà corrisponde nell'interpretazione
ondulatoria classica alla polarizzabilità delle onde elettromagnetiche.
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