Techniklexikon

Photon

Bezeichnung für »Lichtteilchen« oder »Lichtquant«, das sich sowohl als Korpuskel als auch als Welle manifestieren kann. Dieser »Dualismus« verhinderte bisher eine eindeutige und einheitliche Beschreibung des Ph. Der Quantentheorie gelang allerdings eine formale, mathematische Synthese seiner Erscheinungsformen. Ein Ph. ist das kleinste Energiequantum der elektromagnetischen Strahlung. Teilchenphysik, Lichtquant, Strahlungsquant, g, Quant des elektromagnetischen Feldes. Das Photon bildet eine Familie der Elementarteilchen für sich. Jeder elektromagnetischen Strahlung, z.B. in Form von Licht (Lichtquanten), Röntgenstrahlung (Röntgenquanten) oder Gammastrahlung (Gammaquanten), entsprechen Photonen mit der Energie E = hn und dem Impuls (Lichtquantenimpuls) p vom Betrag p = hn / c (h: Plancksches Wirkungsquantum, c: Lichtgeschwindigkeit, n: Frequenz der Strahlung), dessen Richtung mit der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung zusammenfällt. Nach der Speziellen Relativitätstheorie ist die Ruhemasse des Photons Null, da es sich mit Lichtgeschwindigkeit bewegt. Ladung und magnetisches Moment des Photons sind ebenfalls Null. Photonen haben ferner den Spin 1 (in Einheiten von ) und genügen daher der Bose-Einstein-Statistik, zählen also zu den Bosonen. Die quantentheoretische Beschreibung des Photons erfolgt durch die Quantenelektrodynamik gemeinsam mit dem Elektron und dem Positron.

Die Existenz der Photonen war bereits von Newton angenommen worden, schien sich aber nach der Entdeckung der Interferenz- und Beugungsphänomene des Lichts nicht zu bestätigen. Nach Aufstellung der Quantenhypothese durch M. Planck (1900) führte sie Einstein 1905 zur Erklärung des äusseren Photoeffekts wieder ein. Der überzeugende experimentelle Existenzbeweis erfolgte 1923 durch Compton (Compton-Effekt) und später durch Versuche von Joffe und Dobronrawow (Dualismus von Welle und Teilchen).