光量子是什么?

如题所述

光量子,简称光子,是 传递电磁相互作用的基 本粒子,是一种规范玻 色子。光子是电磁辐射 的载体,而在量子场论 中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。与 大多数基本粒子(如电子和夸克)相比,光 子的静止质量为零,这意味着其在真空中的 传播速度是光速。与其他量子一样,光子具 有波粒二象性:光子能够表现出经典波的折 射、干涉、衍射等性质(关于光子的波动性 是经典电磁理论描述的电磁波的波动还是量 子力学描述的几率波的波动这一问题请参考 下文波粒二象性和不确定性原理);而光子 的粒子性则表现为和物质相互作用时不像经 典的波那样可以传递任意值的能量,光子只 能传递量子化的能量,即: 这里是普朗克 常数,是光波的频率。对可见光而言,单个 光子携带的能量约为4×10-19焦耳,这样大 小的能量足以激发起眼睛上感光细胞的一个 分子,从而引起视觉。除能量以外,光子还 具有动量和偏振态,不过由于有量子力学定 律的制约,单个光子没有确定的动量或偏振 态,而只存在测量其位置、动量或偏振时得 到对应本征值的几率。

光子的概念也应用到物理学外的其他领域当 中,如光化学、双光子激发显微技术,以及 分子间距的测量等。在当代相关研究中,光 子是研究量子计算机的基本元素,也在复杂 的光通信技术,例如量子密码学等领域有重 要的研究价值。
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