نمایش مبدأ برای فوتون

{{جعبه ذرات بنیادی
| bgcolour =
| نام = فوتون
| تصویر =[[پرونده:LASER.jpg|275px]]
| زیرنویس = فوتون‌های منتشر شده از یک پرتوی [[لیزر]] خطی
| num_types =
| ترکیب = ذرات بنیادی اولیه
| خانواده = [[بوزون]]‌ها
| گروه =
| رده =
| برهم‌کنش = [[الکترومغناطیس]]
| ذره بنیادی =
| پادذره  = [[پاد فوتون]]
| وضعیت =
| استدلال = [[آلبرت انیشتین]]
| کشف =
| نماد = <math>\gamma</math> یا <math>h\nu</math>
| جرم = صفر{{سخ}}{{val|1|e=-18|ul=eV/c2}}<ref name="Particle_table_2009">{{cite journal |last=Amsler |first=C. |display-authors=etal |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}}</ref>
| نیم‌عمر = پایدار<ref name="Particle_table_2009"/>
| ذرات واپاشی =
| بار الکتریکی =۰
| بار رنگ =
| اسپین = ۱
| تعداد اسپین =
| پاریته=۱-
}}
[[پرونده:Light-wave.svg|بندانگشتی|ساختار موجی فوتون|277x277px]]

'''فوتون''' (به انگلیسی: Photon) که معمولاً با نماد <math>\gamma</math> نمایش داده می‌شود، یک [[ذرات بنیادی|ذره بنیادی]] است. فوتون یک [[کوانتوم]] یا به‌عبارتی کم‌ترین مقدار قابل اندازه‌گیری در یک [[میدان الکترومغناطیسی]] مانند [[تابش الکترومغناطیسی]] ([[نور]] و [[امواج رادیویی]]) محسوب می‌شود و همچنین در نقش [[حامل نیرو]] برای [[الکترومغناطیس|نیروی الکترومغناطیس]] نیز عمل می‌کند. فوتون ها جرم بسیار کمی (غیرقابل اندازه‌گیری) دارند و اگرچه سرعت فوتون به محیط بستگی دارد اما در محیط [[خلأ]]، همواره با سرعتی برابر با [[سرعت نور]]، معادل ۲۹۹٬۷۹۲٬۴۵۸ متر بر ثانیه حرکت می‌کنند.

مانند همه [[ذرات بنیادی]]، [[مکانیک کوانتومی]] بهترین توضیح را در مورد فوتون‌ها ارائه می‌نماید، ذراتی که مانند الکترون‌ها از خود [[دوگانگی موج و ذره]] نشان می‌دهند؛ به‌طوری که دارای هر دو خاصیت موجی و ذره‌ای هستند.<ref>{{cite book |last1=Joos |first1=George |date=1951 |title=Theoretical Physics |page=679 |publisher=Blackie and Son Limited |location=London and Glasgow}}</ref> مفهوم مدرن فوتون از پژوهش‌های [[آلبرت اینشتین]] در طول دو دهه ابتدایی [[قرن بیستم]] سرچشمه می‌گیرد، کسی که از تحقیقات را بر پایه کارهای [[ماکس پلانک]] بنا کرد. ماکس پلانک در تلاش برای توضیح این‌که چطور ماده و تابش الکترومغناطیس می‌توانند با یکدیگر در تعادل باشند، پیشنهاد کرد که انرژی ذخیره شده در اجسام مادی، متشکل از تعداد صحیحی از واحدهایی هم‌اندازه و مجزا از یک‌دیگر است،به عبارت دیگر بسته های انرژی که به صورت تعدادی صحیح در نظر گرفته شود. اینشتین پیشنهاد کرد که خود نور از واحدهای مجزایی از انرژی تشکیل شده‌است. آزمایش‌های انجام شده، نظر اینشتین در مورد نور را تأیید کرد<ref>{{Cite journal |last=Kimble |first=H.J. |last2=Dagenais |first2=M. |last3=Mandel |first3=L. |year=1977 |title=Photon Anti-bunching in Resonance Fluorescence |url=https://authors.library.caltech.edu/6051/1/KIMprl77.pdf  |journal=[[فیزیکال ریویو لترز|Physical Review Letters]] |volume=39 |issue=11 |pages=691–695 |bibcode=1977PhRvL..39..691K |doi=10.1103/PhysRevLett.39.691}}</ref><ref>{{cite journal |last1=Grangier |first1=P. |last2=Roger |first2=G. |last3=Aspect |first3=A. |year=1986 |title=Experimental Evidence for a Photon Anticorrelation Effect on a Beam Splitter: A New Light on Single-Photon Interferences |journal=[[EPL (journal)|Europhysics Letters]] |volume=1 |issue=4 |pages=173–179 |bibcode=1986EL......1..173G |citeseerx=10.1.1.178.4356 |doi=10.1209/0295-5075/1/4/004}}</ref><ref name="compton-lecture">{{cite book |last1=Compton |first1=Arthur H. |chapter=X-rays as a branch of optics |chapter-url=https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/compton-lecture.pdf |orig-year=12 Dec 1927 |title=From Nobel Lectures, Physics 1922–1941 |publisher=Elsevier Publishing Company |location=Amsterdam |year=1965}}</ref> و در سال ۱۹۲۶، [[گیلبرت لوییس]] واژه ''فوتون'' را برای این واحدهای انرژی ترویج کرد.<ref name=":0">{{Cite web|url=https://www.aps.org/publications/apsnews/201212/physicshistory.cfm|title=December 18, 1926: Gilbert Lewis coins "photon" in letter to Nature|website=www.aps.org|language=en|access-date=2019-03-09}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://www.atomicheritage.org/profile/gilbert-n-lewis|title=Gilbert N. Lewis|website=Atomic Heritage Foundation|language=en|access-date=2019-03-09}}</ref><ref name="kragh">{{Cite arxiv |last=Kragh |first=Helge |date=2014 |title=Photon: New light on an old name |eprint=1401.0293 |class=physics.hist-ph}}</ref>

در [[مدل استاندارد]] در [[فیزیک ذرات]]، فوتون‌ها و سایر ذره‌های بنیادی به‌عنوان نتایج ضروری قوانین فیزیکی که دارای تقارن مشخص در هر نقطه از فضا-زمان هستند، توصیف می‌شوند. خواص ذاتی ذره‌هایی مانند [[بار الکتریکی]]، [[جرم نامتغیر|جرم]] و [[اسپین]] توسط [[نظریه پیمانه‌ای]] تعیین می‌شوند. مفهوم فوتون منجر به دستاوردهای بسیار مهمی در [[فیزیک نظری]] و تجربی گردید که از [[لیزر]]ها، [[چگالش بوز-اینشتین]]، [[نظریه میدان‌های کوانتومی]] و ''دامنه احتمال''<ref group="lower-alpha">Probability amplitude</ref> در [[مکانیک کوانتومی]] از جمله آن‌ها هستند. مفهوم فوتون همچنین در زمینه‌هایی مانند [[فتوشیمی]]، میکروسکوپ‌های دارای قدرت تفکیک بالا و [[انتقال انرژی رزونانسی فورستر|اندازه‌گیری فواصل مولکولی]] استفاده شده‌است. اخیراً، فوتون‌ها به‌عنوان عناصر مورد استفاده در ساخت [[کامپیوترهای کوانتومی]]، کاربرد در [[تصویربرداری نوری]] و [[مخابرات نوری]] مانند [[رمزنگاری کوانتومی]]، مورد پژوهش قرار گرفته‌اند.

== نام‌گذاری ==
[[پرونده:1926 Gilbert N. Lewis letter which brought the word &quot;photon&quot; into common usage.jpg|بندانگشتی|نامه گیلبرت لوییس در سال ۱۹۲۶ که در آن از واژه '''فوتون''' استفاده کرد.]]

واژه ''کوانتا'' (مفرد ''کوانتوم'' و برگرفته از عبارت لاتین ''چه مقدار'') تا قبل از سال ۱۹۰۰، برای اشاره به ذرات یا مقادیری از کمیت‌های مختلف مانند الکتریسیته به کار برده می‌شد. در سال ۱۹۰۰ [[فیزیک‌دان]] آلمانی [[ماکس پلانک]] که مشغول مطالعه [[تابش جسم سیاه]] بود، پیشنهاد کرد که اگر انرژی ذخیره شده درون یک مولکول، کمیتی مجزا و متشکل از تعداد صحیحی از واحدهایی هم‌اندازه و مجزا از یک‌دیگر با عنوان ''واحدهای سازنده انرژی''<ref group="lower-alpha">Energy elements</ref> در نظر گرفته شود، مشاهده‌های تجربی به‌ویژه در طول موج‌های کوتاه‌تر قابل توضیح خواهد بود.<ref>{{cite journal|last=Kragh |first=Helge |authorlink=Helge Kragh |title=Max Planck: the reluctant revolutionary |journal=[[Physics World]] |date=2000-12-01 |volume=13 |number=12 |pages=31 |doi=10.1088/2058-7058/13/12/34}}</ref> درسال ۱۹۰۵ آلبرت اینشتین، در مقاله‌ای که منتشر کرد پیشنهاد نمود که بسیاری از پدیده‌ای مرتبط با نور، مانند [[تابش جسم سیاه]] و [[اثر فوتوالکتریک]]، با استفاده از [[مدل‌سازی]] امواج الکترومغناطیس به‌صورت بسته‌های موجی مجزا و دارای موقعیت مشخص، بهتر توضیح داده می‌شوند.<ref name="Einstein1905">{{cite journal|last=Einstein|first=A.|authorlink=Albert Einstein|year=1905|title=Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt|url=http://www.physik.uni-augsburg.de/annalen/history/einstein-papers/1905_17_132-148.pdf|journal=[[Annalen der Physik]]|language=de|volume=17|issue=6|pages=132–148|bibcode=1905AnP...322..132E|doi=10.1002/andp.19053220607}}. An [[s:Translation:On a Heuristic Point of View about the Creation and Conversion of Light|English translation]] is available from [[Wikisource]].</ref> او این بسته‌های موجی را ''کوانتوم نور'' {{انگلیسی|light quantum}}{{آلمانی|das Lichtquant}} نامید.

نام فوتون، برگرفته از واژه‌ای یونانی برای نور به نام ''فوس'' {{انگلیسی|phôs}}{{به یونانی|φῶς}} است. [[آرتور کامپتون]] با اشاره به [[گیلبرت لوییس]] که این واژه را در نامه‌ای به [[مجله نیچر]] در سال ۱۸ دسامبر سال ۱۹۲۶ رایج کرد، از واژه فوتون استفاده کرد.<ref name=":0"/><ref>"Discordances entre l'expérience et la théorie électromagnétique du rayonnement." In Électrons et Photons. Rapports et Discussions de Cinquième Conseil de Physique, edited by Institut International de Physique Solvay. Paris: Gauthier-Villars, pp. 55–85.</ref> همین نام قبلاً نیز مورد استفاده قرار گرفته بود اما تا زمان لوییس به‌صورت گسترده مورد پذیرش قرار نگرفته بود. به‌عنوان مثال در فوتون در سال ۱۹۱۶ توسط فیزیک‌دان آمریکایی، لئنوارد تی. ترولند،<ref group="lower-alpha">Leonard T. Troland</ref> در سال ۱۹۲۱ توسط فیزیک‌دان ایرلندی، [[جان جولی|جان جالی]]، در سال ۱۹۲۴ توسط فیزیک‌دان فرانسوی، ''رنه وورمسر''<ref group="lower-alpha">René Wurmser</ref> و در سال ۱۹۲۶ توسط فیزیک‌دان فرانسوی دیگری به‌نام ''فریتهویف وولفرز''<ref group="lower-alpha">Frithiof Wolfers</ref> استفاده شده بود.<ref name="kragh"/> نام فوتون در ابتدا به‌عنوان واحدی مرتبط به روشنایی چشم و در نتیجه تشخیص نور مطرح شد و بعداً در متون مربوط به فیزیولوژی مورد استفاده قرار گرفت. با این‌حال، نظریه وولفرز و لوییس توسط آزمایش‌های بسیاری نقض و هرگز پذیرفته نشد. نام فوتون در واقع پس از این‌که کامپتون از آن استفاده کرد، ترویج پیدا کرد.<ref name="kragh"/>{{efn|در سال ۱۹۲۳، آیزاک آسیموف با تعریف کوانتای انرژی به‌عنوان فوتون، به آرتور کامپتون اعتبار بخشید.<ref>{{cite book |first=Isaac |last=Asimov |title=The Neutrino: Ghost Particle of the Atom |url={{google books |plainurl=y |id=-SkMngEACAAJ}} |date=1983 |publisher=Avon Books |isbn=978-0-380-00483-6 |authorlink=Isaac Asimov |location=Garden City, NY}} and {{cite book |first=Isaac |last=Asimov |authorlink=Isaac Asimov |title=The Universe: From Flat Earth to Quasar |url={{google books |plainurl=y |id=Eo5xpO83YpoC}} |date=1971 |location=New York |publisher=[[Walker (publisher)|Walker]] |isbn=978-0-8027-0316-3 |lccn=66022515}}</ref>}}

در فیزیک، یک فوتون معمولاً با علامت ''γ'' (عبارت یونانی [[گاما (حرف)|گاما]]) نمایش داده می‌شود. این نماد احتمالاً برگرفته از [[امواج گاما]] است که در سال ۱۹۰۰ توسط [[پائول اولریش ویلار]] کشف،<ref>{{cite journal |last=Villard |first=P. |authorlink=Paul Ulrich Villard |year=1900 |title=Sur la réflexion et la réfraction des rayons cathodiques et des rayons déviables du radium |journal=[[Comptes Rendus des Séances de l'Académie des Sciences]] |volume=130 |pages=1010–1012 |language=fr}}</ref><ref>{{cite journal |last=Villard |first=P. |authorlink=Paul Ulrich Villard |year=1900 |title=Sur le rayonnement du radium |journal=[[Comptes Rendus des Séances de l'Académie des Sciences]] |volume=130 |pages=1178–1179 |language=fr}}</ref> توسط [[ارنست رادرفورد]] در سال ۱۹۰۳ نام‌گذاری و در سال ۱۹۱۴، توسط رادرفورد و [[ادوارد آندراده]] نشان داده شد که یک تابش الکترومغناطیس است.<ref>{{cite journal |last=Rutherford |first=E. |authorlink=Ernest Rutherford |author2=Andrade, E.N.C. |authorlink2=Edward Andrade |year=1914 |title=The Wavelength of the Soft Gamma Rays from Radium B |journal=[[Philosophical Magazine]] |volume=27 |issue=161 |pages=854–868 |doi=10.1080/14786440508635156|url=https://zenodo.org/record/2278669}}</ref> در شیمی و [[مهندسی اپتیک و لیزر]]، فوتون‌ها معمولاً با نماد ''hν'' نشان داده می‌شوند که ''h'' معادل انرژی فوتون و حرف یونانی [[نو (حرف)|نو]] (''ν'') نماینده [[ثابت پلانک]] و معادل [[فرکانس]] فوتون است.<ref name="Liddle2015">{{cite book |author=Andrew Liddle |title=An Introduction to Modern Cosmology |url=https://books.google.com/books?id=6n64CAAAQBAJ&pg=PA16 |date=2015 |publisher=John Wiley & Sons |isbn=978-1-118-69025-3 |page=16}}</ref> در موارد معدودی ممکن است فوتون به‌صورت ''hf'' نیز نمایش داده شود که در آن حرف ''f'' اشاره به فرکانس فوتون دارد.<ref>{{cite web |last=SantoPietro |first=David |date=|title=Photon Energy |url=https://www.khanacademy.org/science/physics/quantum-physics/photons/v/photon-energy |publisher=[[آکادمی خان|Khan Academy]] |access-date=2020-03-15}}</ref>

== خواص فیزیکی ==
فوتون بدون جرم{{efn|باور بر این است که جرم فوتون دقیقاً برابر با صفر است. همچنین، برخی از منابع به [[جرم در نسبیت خاص|جرم نسبیتی]] اشاره می‌کنند که در واقع انرژی معادل جرم است. برای یک فوتون با طول موج λ یا انرژی E، این جرم معادل برابر با h/λc یا E/c<sup>۲</sup> است. استفاده از این عبارت برای جرم، دیگر خیلی در جوامع علمی مورد استفاده قرار نمی‌گیرد. برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به این صفحه مراجعه کنید:[http://math.ucr.edu/home/baez/physics/ParticleAndNuclear/photon_mass.html جرم فوتون چقدر است؟]}}، فاقد بار الکتریکی<ref>{{cite book|last1=Frisch|first1=David H.|author1-link=David H. Frisch|last2=Thorndike|first2=Alan M.|title=Elementary Particles|year=1964|publisher=[[David Van Nostrand]]|location=Princeton, NJ|page=22}}</ref><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> و ذره‌ای پایدار است. در خلأ، یک فوتون دارای دو حالت [[قطبش (موج‌ها)]] ممکن است.<ref name="Schwartz2014">{{cite book|author=Matthew D. Schwartz|title=Quantum Field Theory and the Standard Model|url=https://books.google.com/books?id=HbdEAgAAQBAJ&pg=PA66|year=2014|publisher=Cambridge University Press|isbn=978-1-107-03473-0|pages=66}}</ref> فوتون در [[الکترومغناطیس]] یک [[بوزون پیمانه‌ای]] محسوب می‌شود<ref>Role as gauge boson and polarization section 5.1 in {{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=978-0-85274-328-7}}</ref> و بنابراین تمامی عددهای کوانتومی آن (مانند [[عدد لپتونی]]، [[عدد باریونی]] و ''عدد طعم کوانتومی''<ref group="lower-alpha">Flavour quantum number</ref>) برابر با صفر هستند.<ref>See p.31 in {{Cite journal|doi=10.1016/j.physletb.2008.07.018|pmid=10020536|last=Amsler|first=C.|display-authors=etal|title=Review of Particle Physics|journal=[[Physics Letters B]]|volume=667|issue=1–5|pages=1–1340|year=2008|bibcode=2008PhLB..667....1A|url=http://scipp.ucsc.edu/~haber/pubs/Review_of_Particle_Physics_2014.pdf}}</ref> همچنین، فوتون از [[اصل طرد پائولی]] پیروی نمی‌کند و در عوض از [[آمار بوز-اینشتین]] تبعیت می‌کند.<ref name=Halliday>{{citation|last1=Halliday|first1=David|last2=Resnick|first2=Robert|last3=Walker|first3=Jerl|title=Fundamental of Physics|publisher=John Wiley and Sons, Inc.|location=|edition=7th|isbn=978-0-471-23231-5|year=2005|url=https://archive.org/details/isbn_0471216437}}</ref>

فوتون‌ها طی فرایند طبیعی بسیاری منتشر می‌شوند. به‌عنوان مثال، زمانی‌که یک شتاب داده شود، شروع به انتشار [[تابش سنکروترون]] می‌نماید. در طول یک انتقال مولکولی، اتمی یا هسته‌ای به سطوح انرژی پایین‌تر، فوتون‌هایی با مقادیر انرژی مختلفی [[امواج رادیویی]] تا [[امواج گاما]]، منتشر می‌شوند. فوتون‌ها همچنین می‌توانند زمانی منتشر شوند که یک ذره و [[پادذره]]‌های مرتبط با آن، دچار [[نابودی]] می‌شوند (به‌عنوان مثال مانند [[نابودی الکترون-پوزیترون]]).<ref name=Halliday/>

=== انرژی و اندازه حرکت نسبی ===
{{همچنین ببینید|نسبیت خاص}}
[[پرونده:Light cone colour.svg|بندانگشتی|چپ|مخروط مقادیر ممکن از موج چهار برداری فوتون را نشان می‌دهد. محور زمان، فرکانس زاویه‌ای (با واحد رادیان برثانیه) را فراهم می‌کند و محور مکان نمایان‌گر عدد موجی زاویه‌ای (با وحد رادیان برمتر) است. بخش سبز و بنفش رنگ نیز، نشان دهنده قطبیدگی چپ و راست هستند.]]

در فضای خالی، فوتون با [[سرعت نور]] (c) حرکت می‌کند و انرژی و اندازه حرکت آن با معادله {{nowrap|''E'' {{=}} ''pc''}} مرتبط است که در این معادله، ''p'' معادل اندازه بردار اندازه حرکت '''p''' است. این موضوع از معادله نسبیتی پایین با قرار دادن m=۰، به‌دست می‌آید:<ref>See section 1.6 in {{harvnb|Alonso|Finn|1968|loc=Section 1.6}}</ref>
{{چپ‌چین}}
:<math>E^{2}=p^{2} c^{2} + m^{2} c^{4}.</math>
{{پایان چپ‌چین}}

انرژی و [[اندازه حرکت]] یک فوتون فقط به فرکانس آن (''<math>\nu</math>'') یا به‌صورت وارونه‌ای به [[طول موج]] (''λ'') آن وابسته است.
{{چپ‌چین}}
:<math>E=\hbar\omega=h\nu=\frac{hc}{\lambda}</math>

:<math>\boldsymbol{p}=\hbar\boldsymbol{k},</math>
{{پایان چپ‌چین}}

جایی‌که '''''k''''' نماد [[بردار موج]]، {{nowrap|''ω'' {{=}} ۲π''ν''}} معادل [[فرکانس زاویه‌ای]] و {{nowrap|''ħ'' {{=}} ''h''/2π}} [[ثابت پلانک|ثابت پلانک تقلیل یافته]] است.

به‌علت این‌که '''''p''''' در راستای حرکت فوتون است، ابعاد اندازه حرکت برابر است با:
{{چپ‌چین}}
:<math>p=\hbar k=\frac{h\nu}{c}=\frac{h}{\lambda}.</math>
{{پایان چپ‌چین}}

فوتون همچنین حامل کمیتی به‌نام ''اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی''<ref group="lower-alpha">Spin angular momentum</ref> است که مقدار آن مستقل از فرکانس فوتون است.<ref name="spin">This property was experimentally verified by Raman and Bhagavantam in 1931: {{Cite journal|last=Raman|first=C.V.|last2=Bhagavantam|first2=S.|title=Experimental proof of the spin of the photon|url=http://dspace.rri.res.in/bitstream/2289/2123/1/1931%20IJP%20V6%20p353.pdf|authorlink=C. V. Raman|journal=Indian Journal of Physics|volume=6|issue=3244|page=353|year=1931|bibcode=1932Natur.129...22R|doi=10.1038/129022a0|hdl=10821/664|access-date=2008-12-28|archive-url=https://web.archive.org/web/20160603235132/http://dspace.rri.res.in/bitstream/2289/2123/1/1931%20IJP%20V6%20p353.pdf|archive-date=2016-06-03|url-status=dead}}</ref> چون فوتون‌ها معمولاً با سرعت نور در حال حرکت هستند، اسپین به بهترین شکل با استفاده از اجزای [[اندازه‌گیری]] شده در امتداد حرکت فوتون بیان می‌شود که به‌همین طریق [[مارپیچگی]] آن برابر با ±''ħ'' است. این دو حالت مارپیچگی ممکن، اصطلاحاً مارپیچیدگی‌های راست‌گرد و چپ‌گرد نامیده می‌شوند که مشابه دو حالت ''قطبیدگی دورانی''<ref group="lower-alpha">Circular polarization</ref> فوتون هستند.<ref>{{Cite book|last=Burgess|first=C.|chapter-url={{google books |plainurl=y |id=PLYECqs2geEC|page=27}}
|last2=Moore|first2=G.|title=The Standard Model. A Primer|publisher=Cambridge University Press|year=2007|isbn=978-0-521-86036-9|chapter=1.3.3.2}}</ref>

برای نشان دادن اهمیت این فرمول‌ها، [[نابودی]] یک ذره با [[پادذره]] خود در یک فضای آزاد باید منجر به ایجاد حداقل دو فوتون شود. در ''چهارچوب اندازه حرکت مرکز''،<ref group="lower-alpha">Center-of-momentum frame</ref> برخورد پادذره‌ها فاقد اندازه حرکت خالص هستند، در حالی‌که یک فوتون منفرد همیشه دارای اندازه حرکت است (چون همان‌طور که شاهد بوده‌ایم، اندازه حرکت توسط فرکانس یا طول موج تعیین می‌شود که این متغیرها نیز نمی‌توانند صفر باشند). بنابراین، ''بقای اندازه حرکت''<ref group="lower-alpha">Conservation of momentum</ref> (یا معادل آن: ''تقارن انتقالی''<ref group="lower-alpha">Translational symmetry</ref>) نیازمند حداقل ایجاد حداقل دو فوتون با اندازه حرکت صفر است. انرژی دو فوتون یا معادل آن، فرکانس‌های آن‌ها، ممکن است توسط ''قانون بقای چهار-تکانه''<ref group="lower-alpha">conservation of four-momentum.</ref> تعیین شود.

از منظر دیگر، فوتون می‌تواند به‌عنوان پادذره خودش در نظر گرفته شود (بنابراین یک آنتی‌فوتون همان فوتون معمولی است). فرایند معکوس، [[جفت‌سازی|فرایند جفت‌سازی]] است که در زمانی‌که یک فوتون پرانرژی مانند فوتون‌های سازنده امواج گاما از درون ماده عبور می‌کند و انرژی خود را از دست می‌دهد، سازوکار غالب است.<ref>{{harvnb|Alonso|Finn|1968|loc=Section 9.3}}</ref> این فرایند در واقع معکوس فرایند نابودی یک فوتون در [[میدان الکتریکی]] یک [[هسته اتم|هسته اتمی]] است.

فرمول کلاسیک انرژی و اندازه حرکت [[تابش الکترومغناطیسی]] می‌تواند برمبنای رخدادهای فوتونی بیان شود. به‌عنوان مثال، [[فشار تابش]] الکترومغناطیس بر روی یک جسم ناشی از [[انتقال اندازه حرکت]] فوتون در واحد زمان در واحد سطح برای آن جسم است، زیرا فشار یک نیروی وارده بر واحد سطح اس و نیرو در اندازه حرکت در واحد زمان تغییر می‌کند.<ref>E.g. , Appendix XXXII in {{cite book|first1=Max |last1=Born|first2=Roger John|last2= Blin-Stoyle|first3=J.M. |last3=Radcliffe|title=Atomic Physics|url={{google books |plainurl=y |id=NmM-KujxMtoC}}|date=1989|publisher=Courier Corporation|isbn=978-0-486-65984-8}}</ref>

هر فوتون حامل دو شکل مستقل و مجزا از ''اندازه حرکت زاویه‌ای نوری''<ref group="lower-alpha">Angular momentum of light</ref> است. ''اندازه حرکت زاویه‌ای اسپینی نور''<ref group="lower-alpha">Spin angular momentum of light</ref> برای یک فوتون مشخص همیشه برابر با ''ħ''+ یا ''ħ''− است. ''اندازه حرکت زاویه‌ای اوربیتالی نور''<ref group="lower-alpha">Light orbital angular momentum</ref> برای یک فوتون مشخص می‌تواند هر عدد صحیحی از جمله صفر باشد.<ref>Alan E. Willner.
[https://spectrum.ieee.org/telecom/wireless/twisted-light-could-dramatically-boost-data-rates "Twisted Light Could Dramatically Boost Data Rates: Orbital angular momentum could take optical and radio communication to new heights"].
2016.</ref>

=== بررسی‌های تجربی روی جرم فوتون ===
نظریه‌های پذیرفته شده امروزی در فیزیک، بر صفر بودن جرم فوتون تأکید دارند. اگر فوتون دارای جرم دقیقاً صفر نباشد، درنتیجه در خلأ، فوتون با سرعت نور حرکت نخواهد کرد و سرعت آن کمتر خواهد بود و به میزان فرکانس آن بستگی خواهد داشت. البته چنین موضوعی بر نسبیت بی‌تاثیر خواهد بود، چون سرعتی که از آن به‌عنوان سرعت نور یاد می‌شود، سرعت واقعی برای نور نخواهد بود و تنها یک ثابت طبیعی برای بالاترین حد سرعت است که هر جسمی در فضا-زمان، به‌صورت نظری قادر خواهد بود به آن برسد؛ بنابراین، سرعتی که امروزه برای نور تعیین شده‌است، معادل سرعت فوتون نبوده و تنها سرعت موج‌های فضا-زمان (مانند [[امواج گرانشی]] و [[گراویتون]]‌ها) خواهد بود.

اگر فوتون، دارای جرم غیرصفر باشد، اثرات دیگری نیز به‌وجود خواهد آمد. در این صورت، [[قانون کولن]] اصلاح خواهد شد و [[میدان الکترومغناطیس]] دارای یک [[درجه آزادی]] فیزیکی بیشتر خواهد شد. این اثرات کاوش‌های آزمایشی حساس‌تری از جرم فوتون را نسبت به وابستگی فرکانسی سرعت نور، منجر می‌شوند. اگر قانون کولن دقیقاً معتبر نباشد، درنتیجه این منجر به این می‌شود که در مجاورت یک میدان الکتریکی خارجی، ایجاد یک میدان الکتریکی درون یک رسانای توخالی ممکن شود. این موضوع موجب فراهم شدن امکان آزمون فوق‌العاده دقیق قانون کولن می‌شود. یک ''نتیجه ابطال کننده''<ref group="lower-alpha">Null result</ref> برای چنین آزمایشی دارای محدودیت {{nowrap|''m'' ≲ {{val|e=-14|u=eV/c2}}}} است.

حدود دقیق‌تر بالایی برای سرعت نور در آزمایش‌هایی که به‌منظور تشخیص اثرات ایجاد شده توسط [[پتانسیل برداری مغناطیسی]]، به‌دست آمده‌اند. اگرچه ''پتانسیل برداری کهکشانی''<ref group="lower-alpha">Galactic vector potential</ref> به‌خاطر وجود ''میدان مغناطیسی کهکشانی''<ref group="lower-alpha">Galactic magnetic field</ref> در مقیاس‌های بسیار عظیم، خیلی بزرگ است، اگر فوتون فاقد جرم باشد، تنها [[میدان مغناطیسی]] قابل مشاهده خواهد بود. در صورتی‌که فوتون دارای جرم باشد، عبارت جرم {{sfrac|1|2}}''m''{{sup|2}}''A''{{sub|''μ''}}''A''{{sup|''μ''}} پلاسمای کیهانی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. این حقیقت که چنین اثری مشاهده نشده‌است، به این موضوع اشاره دارد که فوتون دارای یک حد بالایی معادل {{nowrap|''m'' &lt; {{val|3|e=-27|u=eV/c2}}}} است.<ref>{{cite journal|last1=Chibisov|first1=G V|title=Astrophysical upper limits on the photon rest mass|journal=Soviet Physics Uspekhi|volume=19|page=624|year=1976|doi=10.1070/PU1976v019n07ABEH005277|bibcode=1976SvPhU..19..624C|issue=7}}</ref> پتانسیل برداری کهکشانی می‌تواند همچنین به‌صورت مستقیم با اندازه‌گیری گشتاور اعمال شده بر یک حلقه مغناطیسی شده، مورد جستجو واقع شود.<ref>{{cite journal|last1=Lakes|first1=Roderic|title=Experimental Limits on the Photon Mass and Cosmic Magnetic Vector Potential|journal=Physical Review Letters|volume=80|page=1826|year=1998|doi=10.1103/PhysRevLett.80.1826|bibcode=1998PhRvL..80.1826L|issue=9}}</ref> از چنین روش‌هایی برای به‌دست آوردن حد بالایی دقیق‌تری از {{val|1.07|e=-27|u=eV/c2}} که توسط ''گروه داده ذرات''<ref group="lower-alpha">Particle Data Group</ref> به‌دست آمده، استفاده می‌شود.

این حدود بالایی دقیق‌تر از اثرات غیرمشاهده‌ای ایجاد شده توسط پتانسیل برداری کیهانی به‌صورت یک وابسته مدل نشان داده شده‌اند. اگر جرم فوتون از طریق [[سازوکار هیگز]] ایجاد شود، درنتیجه حد بالایی {{nowrap|''m'' ≲ {{val|e=-14|u=eV/c2}}}} ناشی از آزمون قانون کولن معتبر خواهد بود. ((انرژی فوتون از کجا تأمین می‌شود ؟))

== نورشناسی و محاسبات کوانتومی ==
تحقیقات زیادی به کاربردهای فوتون در زمینه [[نورشناخت کوانتومی|نورشناسی کوانتومی]] اختصاص داده شده‌است. مطالعات زیادی در مورد فوتون‌ها به‌منظور استفاده از آن‌ها به‌عنوان اجزای سازنده [[رایانش کوانتومی|کامپیوترهای کوانتومی]] فوق‌العاده سریع انجام شده‌است و در این میان [[درهم‌تنیدگی کوانتومی]] فوتون‌ها، بخش اصلی تحقیقات را به خود اختصاص داده‌است. [[نورشناسی غیرخطی|فرایندهای نوری غیرخطی]] زمینه تحقیقاتی فعال دیگری در زمینه مطالعه فوتون‌ها هستند که شامل مواردی مانند ''جذب دو فوتون''،<ref group="lower-alpha">Two-photon absorption</ref> [[خودمدولاسیون فازی]]، ''بی‌ثباتی مدولار''،<ref group="lower-alpha">Modulational instability</ref> ''نوسان‌ساز پارامتری نوری''<ref group="lower-alpha">Optical parametric oscillator</ref> است. با این‌حال، چنین فرایندهایی معمولاً نیازی به خود فوتون‌ها ندارند و غالباً ممکن است که با استفاده از اتم‌ها به‌عنوان نوسان‌گر غیرخطی به انجام برسند. فرایند غیرخطی ''تبدیل خودبخودی پارامتری پایین''<ref group="lower-alpha">Spontaneous parametric down-conversion</ref> اغلب برای تولید حالت‌های تک فوتونی استفاده می‌شود. سرانجام، فوتون‌ها در برخی از زمینه‌های مربوط به [[مخابرات نوری]]، به‌ویژه در [[رمزنگاری کوانتومی]] ضروری هستند.{{efn|اطلاعاتی در حد مقدماتی، در زمینه‌های مختلف مربوط به [[نورشناخت کوانتومی|نورشناسی کوانتومی]] در اینجا قابل دسترسی است: {{Cite book
|last=Fox|first=M.
|title=Quantum Optics: An Introduction
|publisher=Oxford University Press
|year=2006|url={{google books |plainurl=y |id=Q-4dIthPuL4C}}
|isbn=978-0-19-856673-1
}}}}

<!--فیزیک دو فوتونی (Two-photon physics)، مطالعه پدیده نادر برهم‌کنش میان فوتون‌ها را به‌عهده دارد. در سال ۲۰۱۸، پزوهشگران مؤسسه ماساچوست، اعلام کردند که موفق به کشف فوتون سه‌گانه و محدودی شدند که ممکن است نوعی شبه‌ذره باشد.<ref name="NW-20180216">{{cite web |last=Hignett |first=Katherine |title=Physics Creates New Form Of Light That Could Drive The Quantum Computing Revolution |url=http://www.newsweek.com/photons-light-physics-808862 |date=16 February 2018 |work=Newsweek |accessdate=17 February 2018}}</ref><ref name="SCI-20180216">{{cite journal |author=Liang, Qi-Yu |display-authors=etal |title=Observation of three-photon bound states in a quantum nonlinear medium |date=16 February 2018 |journal=[[Science (journal)|Science]] |volume=359 |issue=6377 |pages=783–786 |doi=10.1126/science.aao7293 |pmid=29449489 |pmc=6467536 |arxiv=1709.01478 |bibcode=2018Sci...359..783L}}</ref>-->

== پانویس ==
{{notelist}}

== واژه‌نامه ==
{{پانویس|۳|group=lower-alpha|چپ‌چین=بله}}

== جستارهای وابسته ==
{{درگاه|فیزیک}}
{{Div col|colwidth=20em}}
* [[اتر (فیزیک)|اتر]]
* [[پاد فوتون]]
* [[نور]]
* [[فونون]]
* [[فوتونیک]]
* [[عکاسی]]
* [[اثر دوپلر]]
* [[دوره فوتون]]
* [[معادله دیراک]]
* [[چشمه فوتون پیشرفته]]
* [[آزمایش فکری اینشتین-پودولسکی-روزن]]
{{Div col end}}

== منابع ==
{{پانویس|۲|چپ‌چین=بله}}

== منابع بیشتر برای مطالعه ==
{{چپ‌چین}}
{{refbegin}}
* {{Cite book|last=Alonso|first=M.|last2=Finn|first2=E.J.|title=Fundamental University Physics Volume III: Quantum and Statistical Physics|publisher=Addison-Wesley|year=1968|isbn=978-0-201-00262-1|ref=harv}}
* {{Cite journal|last=Clauser|first=J.F.|year=1974|title=Experimental distinction between the quantum and classical field-theoretic predictions for the photoelectric effect|journal=[[Physical Review D]]|volume=9|pages=853–860|doi=10.1103/PhysRevD.9.853|bibcode=1974PhRvD...9..853C|issue=4|url=http://www.escholarship.org/uc/item/3wm0v847}}
* {{Cite book|last=Pais|first=A.|authorlink=Abraham Pais|year=1982|title=Subtle is the Lord: The Science and the Life of Albert Einstein|publisher=Oxford University Press}}
* {{cite book |last=Feynman |first=Richard |authorlink=Richard Feynman |year=1985 |isbn=978-0-691-12575-6 |title=QED: The Strange Theory of Light and Matter |publisher=Princeton University Press|title-link=QED: The Strange Theory of Light and Matter}}
* {{Cite journal|last=Grangier|first=P.|last2=Roger|first2=G.|last3=Aspect|first3=A.|year=1986|title=Experimental Evidence for a Photon Anticorrelation Effect on a Beam Splitter: A New Light on Single-Photon Interferences|journal=[[EPL (journal)|Europhysics Letters]]|volume=1|pages=173–179|doi=10.1209/0295-5075/1/4/004|bibcode=1986EL......1..173G|issue=4|citeseerx=10.1.1.178.4356}}
* {{Cite journal|last=Lamb|first=W.E.|authorlink=Willis Lamb|year=1995|title=Anti-photon|journal=[[Applied Physics B]]|volume=60|pages=77–84|doi=10.1007/BF01135846|bibcode=1995ApPhB..60...77L|issue=2–3}}
* Special supplemental issue of ''Optics and Photonics News'' (vol. 14, اکتبر ۲۰۰۳) [http://www.sheffield.ac.uk/polopoly_fs/1.14183!/file/photon.pdf article web link] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20130517065121/http://www.sheffield.ac.uk/polopoly_fs/1.14183!/file/photon.pdf |date=۱۷ مه ۲۰۱۳}}
** {{cite journal|last=Roychoudhuri|first=C.|last2=Rajarshi|first2=R.|title=The nature of light: what is a photon?|journal=[[Optics and Photonics News]]|volume=14|pages=S1 (Supplement)|year=2003}}
** {{cite journal|last=Zajonc|first=A.|title=Light reconsidered|journal=[[Optics and Photonics News]]|volume=14|pages=S2–S5 (Supplement)}}
** {{cite journal|last=Loudon|first=R.|title=What is a photon?|journal=[[Optics and Photonics News]]|volume=14|pages=S6–S11 (Supplement)}}
** {{cite journal|last=Finkelstein|first=D.|title=What is a photon?|journal=[[Optics and Photonics News]]|volume=14|pages=S12–S17 (Supplement)}}
** {{cite journal|last=Muthukrishnan|first=A.|last2=Scully|first2=M.O.|last3=Zubairy|first3=M.S.|title=The concept of the photon – revisited|journal=[[Optics and Photonics News]]|volume=14|pages=S18–S27 (Supplement)}}
** {{cite journal|last=Mack|first=H.|last2=Schleich|authorlink2=Wolfgang P. Schleich|first2=W.P.|title=A photon viewed from Wigner phase space|journal=[[Optics and Photonics News]]|volume=14|pages=S28–S35 (Supplement)}}
* {{cite web|last=Glauber|first=R.|title=One Hundred Years of Light Quanta|work=2005 Physics Nobel Prize Lecture|url=http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2005/glauber-lecture.pdf|year=2005|access-date=2009-06-29|archive-url=https://web.archive.org/web/20080723150609/http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2005/glauber-lecture.pdf|archive-date=2008-07-23|url-status=dead|df=}}
* {{Cite journal|last=Hentschel|first=K.|year=2007|title=Light quanta: The maturing of a concept by the stepwise accretion of meaning|url=https://eldorado.tu-dortmund.de/handle/2003/24257|journal=Physics and Philosophy|volume=1|pages=1–20|issue=2}}
{{پایان چپ‌چین}}
{{راست‌چین}}
'''منابع آموزشی برای فوتون‌های منفرد:'''
{{پایان راست‌چین}}
{{چپ‌چین}}
* {{Cite journal|last=Thorn|first=J.J.|last2=Neel|first2=M.S.|last3=Donato|first3=V.W.|last4=Bergreen|first4=G.S.|last5=Davies|first5=R.E.|last6=Beck|year=2004|title=Observing the quantum behavior of light in an undergraduate laboratory|url=http://people.whitman.edu/~beckmk/QM/grangier/Thorn_ajp.pdf|journal=[[American Journal of Physics]]|volume=72|pages=1210–1219|doi=10.1119/1.1737397|first6=M.|bibcode=2004AmJPh..72.1210T|issue=9}}
* {{Cite journal|last=Bronner|first=P.|last2=Strunz|year=2009|title=Interactive screen experiments with single photons|url=http://www.quantumlab.de|journal=[[European Journal of Physics]]|volume=30|pages=345–353|doi=10.1088/0143-0807/30/2/014|first2=Andreas|last3=Silberhorn|first3=Christine|last4=Meyn|first4=Jan-Peter|bibcode=2009EJPh...30..345B|issue=2}}

{{refend}}
{{پایان چپ‌چین}}

== پیوند به بیرون ==
* {{Wiktionary-inline}}
* {{Commons category-inline}}
* {{Wikiquote-inline}}

{{الکترودینامیک کوانتومی}}
{{ذرات بنیادی}}
{{پرتوداروهای تشخیصی}}

[[رده:الکترودینامیک کوانتومی]]
[[رده:الکترومغناطیس]]
[[رده:بوزون پیمانه‌ای]]
[[رده:بوزون]]
[[رده:فوتون‌ها]]
[[رده:فیزیک ذرات بنیادی]]
[[رده:فیزیک نور]]
[[رده:فیزیک نوین]]
[[رده:ویکی‌سازی رباتیک]]