Vidi kôd stranice Foton

{{Infobox Čestice
| pozadina=
| ime= Foton
| slika= [[datoteka:Photoelectric effect in a solid - diagram.svg|250px]]
| opis= [[Fotoelektrični učinak]]: fotoni dolaze slijeva na [[metal]]nu ploču i izbijaju [[elektron]]e.
| br_vrsta = 
| klasifikacija= 
| kompozicija= [[Elementarna čestica]] 
| statistika = [[Bose-Einsteinova statistika]]
| grupa = 
| porodica= 
| međudjelovanje= [[gravitacijska sila|Gravitacijsko]], [[Slaba nuklearna sila|slabo]],  [[elektromagnetska sila|elektromagnetsko]]
| čestica= 
| antičestica= 
| status = 
| teoretiziran= [[Albert Einstein|A. Einstein]] (1905.) <br /> Naziv "foton" općenito se pripisuje [[Gilbert Newton Lewis|G. N. Lewisu]] (1926.)
| otkriven= 
| simbol = γ
| masa = 0 <br /> 
< 1×10<sup>-18</sup> [[elektronvolt|eV/c<sup>2</sup>]] 
| vrijeme_poluraspada= stabilan<ref> {{cite journal |last=Amsler |first=C. |collaboration=[[Particle Data Group]] |year=2008 |url=http://pdg.lbl.gov/2009/tables/rpp2009-sum-gauge-higgs-bosons.pdf |title=Review of Particle Physics: Gauge and Higgs bosons |journal=Physics Letters B |volume=667 |issue=1 |page=1 |bibcode=2008PhLB..667....1A |doi=10.1016/j.physletb.2008.07.018 |issn=0370-2693}} </ref>
| raspad_čestice= 
| električni_naboj= 0 <br /> < 1×10<sup>−35 </sup> [[elementarni naboj|e]] 
| naboj_radius = 
| električni_dipolni_moment = 
| električna_polarizabilnost = 
| magnetski_moment = 
| magnetska_polarizabilnost = 
| boja_naboj= 
| spin = 1
| br_spin_stanja= 
| lepton_br= 
| barion_br= 
| stranost= 
| šarmantnost= 
| dubina= 
| vršnost= 
| izospin = 
| slab_izospin = 
| slab_izospin_3 = 
| hipernaboj = 
| slab_hipernaboj = 
| kiralnost = 
| B-L =
| X_naboj=
| paritet = -1
| g_paritet = 
| c_paritet = -1
| r_paritet = 
| održana_simetrija =
}}

[[datoteka:Bohr atom model.svg|mini|desno|250px|U pojednostavljenom [[Bohrov model atoma|Bohrovom modelu atoma]] vodika, [[Balmerova serija]] nastaje skokom [[elektron]]a na drugu energetsku razinu (n = 2). Prikazana je [[emisija]] [[kvant]]a [[svjetlost]]i. Prijelaz elektrona predstavlja H-alfa, prvu liniju Balmerove serije, [[valna duljina|valne duljine]] 656 [[metar|nm]].]]

[[datoteka:Compton-scattering.svg|mini|250px|desno|[[Comptonov učinak]]: foton [[valna duljina|valne duljine]] <math>\lambda</math> koji dolazi s lijeve strane, sudara se sa slobodnim [[elektron]]om, pa se zatim stvara novi foton valne duljine <math>\lambda'</math> koji se raspršuje pod [[kut]]em <math>\theta</math>.]]

[[datoteka:Standard_Model_of_Elementary_Particles_hr.svg|mini|desno|250px|[[Standardni model]] [[elementarna čestica|elementarnih čestica]], s [[baždarni bozoni|baždarnim]] i [[Higgsov bozon|Higgsovim]] [[bozon]]om.]]

[[datoteka:Feynmannov dijagram 1.png|mini|desno|250px|Primjer [[Feynmanov dijagram|Feynmanova dijagrama]] za međudjelovanje [[elektron]]a (e⁻) i [[pozitron]]a (e⁺). Oni se se poništavaju ([[Anihilacija|anihiliraju]]), proizvodeći foton (γ, predstavljen plavom valovitom crtom) koji postaje par [[kvark]]-antikvark (kvark q, antikvark q̄), nakon čega antikvark zrači [[gluon]] (g, predstavljen zelenom [[spirala|spiralom]]).]]

'''Foton''' (prema [[Grčki jezik|grč]]. ''φῶς'', [[genitiv]]: ''φωτός'': svjetlοst), '''svjetlosni kvant''', '''kvant svjetlosti''' ili '''kvant elektromagnetskoga zračenja''' (oznaka ''γ'') je osnovni djelić [[energija|energije]] [[Elektromagnetsko zračenje|elektromagnetskoga zračenja]], [[elementarna čestica]] koja je posrednik u prenošenju elektromagnetskoga međudjelovanja. Foton se giba [[brzina svjetlosti|brzinom svjetlosti]], te nema [[masa|masu]], ni [[električni naboj]]. Njegov je [[spin]] jednak jedinici i pripada u skupinu [[Bozoni|bozona]]. Pojam kvanata svjetlosti, kasnije nazvanih fotonima, uveo je [[Albert Einstein|A. Einstein]] 1905. kako bi objasnio [[fotoelektrični učinak]], koji se nije mogao objasniti s pomoću [[valna teorija|valne teorije]] elektromagnetskoga zračenja. Elektromagnetsko zračenje [[frekvencija|frekvencije]] ''ν'' pokazuje pri međudjelovanju s tvari da se sastoji od nedjeljivih fotona energije 

:<math> E = h \cdot \nu </math>

gdje je ''h'' – [[Planckova konstanta]]. Fotoni nastaju u mnogim prirodnim procesima: pri ubrzavanju električki nabijenih čestica ([[sinkrotronsko zračenje]]), pri [[Nuklearna reakcija|nuklearnim]] reakcijama, [[atom]]skim ili [[molekula]]rnim prijelazima iz stanja više energije u stanje niže energije, ili pri poništenju ([[Anihilacija|anihilaciji]]) [[čestica]] i [[antičestica]]<ref>{{Citiranje weba |url=https://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=20270 |title=foton (svjetlosni kvant) |work=Hrvatska enciklopedija |publisher=Leksikografski zavod Miroslav Krleža |year=}}</ref> Fotoni se, kao i sve dosad otkrivene čestice, uklapaju u teorije moderne [[kvantna mehanika|kvantne mehanike]], te pokazuju svojstva i čestica i [[val]]ova ([[Dualizam (fizika)|fizikalni dualizam]]).

== Fizikalna svojstva ==
Foton nema masu{{Efn|Sva opažanja upućuju na to da je invarijantna masa fotona jednaka nuli. Neki izvori govore o ''relativističkoj masi'', ekvivalentnoj energiji, koja je za foton valne duljine ''λ'' ili energije ''E'', jednaka ''h/λc'' ili ''E''/''c''<sup>2</sup>.<ref>{{cite web |title=What is the mass of a photon? |url=http://math.ucr.edu/home/baez/physics/ParticleAndNuclear/photon_mass.html |website=math.ucr.edu}}</ref>}} ni električni naboj<ref name="chargeless">{{cite journal |last=Kobychev |first=V.V. |author2=Popov, S.B. |year=2005 |title=Constraints on the photon charge from observations of extragalactic sources |journal=Astronomy Letters |volume=31 |pages=147–151 |doi=10.1134/1.1883345 |arxiv=hep-ph/0411398 |bibcode=2005AstL...31..147K |issue=3}}</ref> te ga se ne može naći u mirovanju. Također je baždarni bozon elektromagnetizma, pa nema [[Kvantni brojevi|kvantne brojeve]] unutarnje simetrije ([[leptonski broj]], [[barionski broj]], okusni kvantni brojevi).<ref>{{Cite book |last=Aitchison |first=I.J.R. |last2=Hey |first2=A.J.G. |title=Gauge Theories in Particle Physics |publisher=IOP Publishing |year=1993 |url={{google books |plainurl=y |id=ZJ-ZY8NW9TIC}}|isbn=0-85274-328-9|author=|authorlink=|origdate=|origyear=|origmonth=|date=|chapter=|chapterurl=|editor=|format=|others=|edition=|language=engleski|pages=|location=|id=|accessdate=|quote=}}, str. 29.-30.</ref> Kao bozon, foton ne podliježe [[Paulijev princip isključenja|Paulijevom principu isključenja]]. Prema [[Standardni model|Standardnom modelu]] fizike, foton je jedan od četiri [[Baždarni bozoni|baždarna bozona]] koji prenose slabu nuklearnu silu; ostala tri su [[W i Z bozoni|W<sup>+</sup>, W<sup>−</sup> i Z<sup>0</sup>]]. Za razliku od fotona, ovi baždarni bozoni imaju masu, zbog [[Higgsov mehanizam|Higgsovog mehanizma]] koji krši njihovu SU(2) baždarnu simetriju. Ujedinjenje fotona s W i Z baždarnim bozonima kao prenositeljima slabe elektronuklearne interakcije postigli su [[Sheldon Lee Glashow|S. L. Glashow]], [[Abdus Salam|A. Salam]] i [[Steven Weinberg|S. Weinberg]], za što im je [[1979.]] dodijeljena [[Nobelova nagrada za fiziku]].<ref name="Glashow">[http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1979/glashow-lecture.html Sheldon Glashow Nobel lecture], delivered 8 December 1979.</ref><ref name="Salam">[http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1979/salam-lecture.html Abdus Salam Nobel lecture], delivered 8 December 1979.</ref><ref name="Weinberg">[http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1979/weinberg-lecture.html Steven Weinberg Nobel lecture], delivered 8 December 1979.</ref> Fizičari nastoje povezati četiri baždarna bozona s osam vrsta [[gluon]]a putem [[Kvantna kromodinamika|kvantne kromodinamike]]; no neke od glavnih teorija, poput protonskog raspada, još uvijek nisu eksperimentalno dokazane.<ref>{{cite book |last=Hughes |first=I. S. |title=Elementary particles |edition=2nd |publisher=Cambridge University Press |year=1985 |isbn=0-521-26092-2}}, 14. poglavlje</ref>

== Fotoelektrični učinak i kvant svjetlosti ==
{{Glavni|Fotoelektrični učinak}}Kada ultraljubičasta svjetlost pada na kovine, one se nabijaju pozitivno, a s njihove površine se zamjećuje emisija negativnog naboja – elektrona. Da je svjetlost neprekinuti elektromagnetski val, elektroni bi u dovoljno vremena nakupili dovoljno energije da se otrgnu vezama unutar tvari. Učinak se, međutim, opaža samo sa svjetlošću dovoljno male valne duljine, bez obzira na to koliki je njen intenzitet i trajanje svjetlosnog pobuđenja. Do kojeg se konačnog napona kovina nabije i kolika je najveća energija emitiranih elektrona također ne ovisi o jakosti svjetlosti nego samo o njenoj valnoj duljini, odnosno frekvenciji. Ovakvo djelovanje svjetlosti na tvari naziva se fotoelektrični učinak ili efekt.

Kod većine kovina, kao i kod cinka, djeluju fotoelektrički samo ultraljubičaste zrake. Alkalne kovine, kao [[cezij]], [[natrij]], [[kalij]] i [[litij]], fotoelektrički su osjetljive i na vidljivu svjetlost. Ovdje se, dakle, energija zračenja (radijacije) pretvara u kinetičku energiju elektrona, stoga i u [[električna energija|električnu energiju]]. 

Klasična teorija elektromagnetskog zračenja nije mogla objasniti fotoelektrični učinak. Tek ga je 1905. protumačio A. Einstein svojom teorijom o [[kvant]]ima svjetlosti. Na osnovi Planckove teorije o zračenju crnoga tijela, Einstein je pretpostavio da je sva svjetlost kvantizirana, to jest da iz izvora svjetlosti izlaze kvanti svjetlosti, kasnije nazvani fotoni. Planckova teorija je kvantu svjetlosti pridruživala energiju razmjernu frekvenciji elektromagnetskog vala ''υ,''

:<math> E = h \, \nu </math>

Konstanta ''h'' nazvana je [[Planckova konstanta|Planckovom konstantom]]. Svjetlost veće frekvencije imala bi veći kvant energije pa bi lakše izbijala elektrone iz metala i davala im kinetičku energiju. Prema Einsteinu, kod fotoelektričnog učinka ova bi se energija djelomično trošila na energiju ''A'' potrebnu za izbijanje elektrona iz tvari, a preostali dio bi prešao u kinetičku energiju <math> E_k = \tfrac{1}{2}mv^2 </math> elektrona [[masa|mase]] ''m'', koji izlijeće [[brzina|brzinom]] ''v''. Einsteinova je jednostavna, ali dalekosežna relacija 

:<math> h \, \nu = A + \tfrac{1}{2}\,m \, v^2 </math>.

objasnila cijeli fotoelektrični učinak. Izbijanje elektrona iz kovina nastaje tek onda kada svjetlost ima dovoljnu frekvenciju da se s energijom ''hυ'' može izvršiti rad ''A'' potreban za izbijanje elektrona. Taj je rad različit za razne kovine, a naročito je malen kod [[Alkalijski metali|alkalijskih kovina]]. Ispod neke minimalne frekvencije ne može se razviti fotoelektrični učinak, koliko god svjetlost bila jaka. 

Dok je Planck kvante svjetlosti smatrao tek matematičkim konstruktom potrebnim za objašnjenje zračenja crnoga tijela, Einstein ih je uzeo za stvarne čestice koje tvore elektromagnetski val: emitirani kvanti energije ostaju na okupu, lokalizirani poput zrnca ili čestica i kao takvi jure [[brzina svjetlosti|brzinom svjetlosti]] kroz prostor. Taj lokalizirani i korpuskularni kvant energije jest Einsteinov foton, kvant svjetlosti, to jest čestica svjetlosti ili zračene energije.<ref> Velimir Kruz: "Tehnička fizika za tehničke škole", "Školska knjiga" Zagreb, 1969.</ref>

== Foton kao nositelji elektromagnetske sile ==
{{Glavni|Elektromagnetska sila}}

Elektromagnetska sila djeluje između [[čestica]] koje posjeduju [[električni naboj]], tako da se čestice istoimenog naboja međusobno odbijaju, a raznoimenog međusobno privlače. Ona je odgovorna gotovo za sve pojave s kojima se susrećemo u svakodnevnom životu, osim za [[gravitacija|gravitaciju]].

[[Atom]]i imaju jednak broj [[proton]]a i [[elektron]]a. Njihov ukupan električni naboj je nula. Budući da su atomi neutralni, postavlja se pitanje kako se atomi mogu držati na okupu i stvarati stabilne molekule? Otkriveno je da se električno nabijeni dio jednog atoma može privlačiti s električno nabijenim dijelom drugog atoma — protoni jednog atoma mogu privlačiti elektrone drugog atoma. To omogućava da se različiti atomi drže na okupu. Dakle, elektromagnetska sila je ono što omogućava atomima da se drže na okupu i tako stvaraju stabilne [[molekule]]. Bilo koja struktura na svijetu može postojati samo zato što proton i elektron imaju suprotne naboje.

Čestice prijenosnici elektromagnetske sile su fotoni. Oni se razmjenjuju svaki put kada električki nabijene čestice stupaju u međudjelovanje. Foton je čestica bez naboja, tako da ona sama ne doživljava djelovanje elektromagnetske sile. Drugim riječima, fotoni ne mogu izravno utjecati jedni na druge. Foton ne samo da je čestica bez naboja, već je i bez mase te uvijek putuje [[brzina svjetlosti|brzinom svjetlosti]]. Međutim, fotoni nose [[energija|energiju]] i [[Količina gibanja|količinu gibanja]], te u prenošenju tih svojstava među česticama uzrokuju pojavu elektromagnetske sile.

U tim procesima, energija i impuls moraju biti očuvani, u skladu s osnovnim zakonima [[fizika|fizike]]. No, energija za kratko vrijeme ovdje nije očuvana, jer jedna čestica emitira foton, dok ga druga apsorbira. Takve reakcije prikazuju se [[Feynmanov dijagram|Feynmanovim dijagramima]].

[[Kvantna mehanika]] dopušta ovu neravnotežu, pod uvjetom da fotoni zadovoljavaju [[Heisenbergovo načelo neodređenosti|Heisenbergovom načelu neodređenosti]]:

:<math> \Delta x \cdot \Delta p_x \geq h </math>

:<math> \Delta E \cdot \Delta t \geq h </math>

Prema gornjem odnosu nemoguće je znati sve detalje određenog [[kvant]]nog sustava. Na primjer, ako se zna točan položaj elektrona, nemoguće je znati impuls elektrona. Ova neodređenost omogućava da neproporcionalnost u energiji postoji neko vrijeme, pod uvjetom da vrijedi gornji odnos, odnosno da umnožak neodređenosti energije i vremena bude manji ili jednak reduciranoj [[Planckova konstanta|Planckovoj konstanti]]. Stoga se [[energija]] razmijenjenog fotona može shvatiti kao "posuđena" u granicama načela neodređenosti. Što je više energije posuđeno, kraće je vrijeme posudbe.<ref> Svetlana Veselinović: "Elementarne čestice",  [http://www.mathos.unios.hr/~mdjumic/uploads/diplomski/VES07.pdf], završni rad, Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku, Osijek 2014., pristupljeno 27. siječnja 2020.</ref>

== Bilješke ==
{{Notelist}}

== Izvori ==
{{izvori}}

{{Hrvatska enciklopedija – autorska prava}}

{{Čestice u fizici}}

[[Kategorija:Kvantna mehanika]]
[[Kategorija:Elementarne čestice]]
[[Kategorija:Elektromagnetizam]]
[[Kategorija:Optika]]