Они переносят свет с далеких звезд, помогают изучать атомы и могут создавать другие частицы. Рассказываем о жизни фотонов в карточках.
Чем фотон похож на фонарик, а чем — на космического странника
Свет — не сплошной поток, а отдельные порции энергии, которые физики называют фотонами. Фотон можно представить как крошечный «фонарик», который движется по Вселенной со скоростью около 300 тысяч км/с.
Свет от далеких звезд путешествует миллиарды лет до возможной «встречи» с Землей, поэтому человек с помощью специального оборудования может увидеть только их далекое прошлое.
Путь фотона не всегда свободен: при взаимодействии с веществом он либо проходит насквозь, либо вступает с ним во взаимодействие — в зависимости от свойств конкретного вещества. В случае взаимодействия свет передает свою энергию электронам, с которыми вошел в контакт. Этот принцип лежит в основе многих процессов: в солнечных панелях энергия преобразуется в электрический ток, в камерах — помогает сформировать изображение.
Когда частицы «заставляют» воду светиться
В вакууме свет движется максимально быстро, но в воде и стекле фотоны теряют первенство в скорости. Здесь их могут обогнать другие заряженные частицы — чаще всего электроны, способные двигаться быстрее света в этих средах.
Когда заряженная частица обгоняет свет, возникает световая «ударная волна». Испускаемые при этом потоки фотонов складываются в световой конус — характерное голубое свечение, которое называют черенковским излучением.
На Земле такое явление можно наблюдать в бассейнах хранения отработавшего ядерного топлива. Быстрые частицы, возникающие при радиоактивных распадах, рождают там потоки фотонов с характерным сиянием.
Свет, который «видит» и создает материю
Атомы очень малы — меньше длины волны видимого света. Чтобы исследовать мир атомов, ученые используют фотоны с более короткими волнами — например, рентгеновское излучение. Такие порции света работают как сверхточные микроскопы. С их помощью можно определить, как расположены атомы в кристаллах, белках и даже вирусах.
Обычно фотоны лишь «режиссируют» физические процессы, перенося энергию, но иногда становятся и творцами материи. При столкновении двух гамма-фотонов (фотонов с очень высокой энергией) может родиться пара частиц — электрон и позитрон.
Хотите узнать больше — спросите у ТЭКgpt.
