Physik - Kaleidoskop

Photon 330
Rahmen eines von ihm vorgeschlagenen (und allgemein nicht anerkannten) Modells der Wechselwirkung von
Atomen mit Licht.
In einem Brief an Michele Besso (1873–1955) schrieb Albert Einstein im Jahr 1951: „Die ganzen 50 Jahre
bewusster Grübelei haben mich der Antwort der Frage ‚Was sind Lichtquanten‘ nicht näher gebracht. Heute glaubt
zwar jeder Lump, er wisse es, aber er täuscht sich...“
Symbol
Für das Photon wird im allgemeinen das Symbol (gamma) verwendet. In der Hochenergiephysik ist dieses
Symbol allerdings reserviert für die hochenergetischen Photonen der Gammastrahlung (Gamma-Quanten) und die in
diesem Zweig der Physik ebenfalls relevanten Röntgenphotonen erhalten das Symbol X (von Englisch: X-ray). Sehr
oft wird ein Photon auch durch die enthaltene Energie mit oder dargestellt. Darin sind das plancksche
Wirkungsquantum und die (Licht-)Frequenz, in der zweiten Schreibweise sind und die
Kreisfrequenz.
Eigenschaften
Jegliche elektromagnetische Strahlung, von Radiowellen bis zur Gammastrahlung, ist in Photonen quantisiert. Das
bedeutet, die kleinste Menge an elektromagnetischer Strahlung beliebiger Frequenz ist ein Photon. Photonen haben
eine unendliche natürliche Lebensdauer, können aber bei einer Vielzahl physikalischer Prozesse erzeugt oder
vernichtet werden. Ein Photon befindet sich nie in Ruhe, sondern bewegt sich immer mit Lichtgeschwindigkeit .
Daraus folgt, dass es keine Ruhemasse besitzen kann. In optischen Medien ist die Gruppengeschwindigkeit im
Vergleich zur Vakuumlichtgeschwindigkeit aufgrund der Wechselwirkung der Photonen mit der Materie
(ausgedrückt durch die Brechzahl ) verringert, die Phasengeschwindigkeit kann sogar höher als liegen.
Erzeugung und Detektion
Photonen können auf vielerlei Arten erzeugt werden, insbesondere durch Übergänge („Quantensprünge“) von
Elektronen zwischen verschiedenen Zuständen (z. B. verschiedenen Atom- oder Molekülorbitalen oder
Energiebändern in einem Festkörper). Photonen können auch bei nuklearen Übergängen,
Teilchen-Antiteilchen-Vernichtungsreaktionen (Annihilation) oder durch beliebige Fluktuationen in einem
elektromagnetischen Feld erzeugt werden.
Zum Nachweis von Photonenströmen können unter anderem Photomultiplier, Photoleiter oder Photodioden
verwendet werden. CCDs, Vidicons, PSDs, Quadrantendioden oder Foto-Platten und Filme werden zur
ortsauflösenden Detektion von Photonen benutzt. Im IR-Bereich werden auch Bolometer eingesetzt. Photonen im
Gammastrahlen-Bereich können durch Geigerzähler einzeln nachgewiesen werden. Photomultiplier und
Avalanche-Photodioden können auch zur Einzelphotonendetektion im optischen Bereich verwendet werden, wobei
Photomultiplier im Allgemeinen die niedrigere Dunkelzählrate besitzen, Avalanche-Photodioden aber noch bei
niedrigeren Photonenenergien bis in den IR-Bereich einsetzbar sind.