ФОТОН

(g) (от греч. phos, род. падеж photos — свет), элем. ч-ца, квант эл.-магн. излучения (в узком смысле—света). Масса покоя Ф. mg равна нулю (из опытных данных следует, что mg<4•10-21 me, где mе—масса эл-на), и поэтому его скорость равна скорости света. Спин Ф. равен 1 (в ед. ћ), и, следовательно, Ф. относится к бозонам. Ч-ца со спином J и ненулевой массой покоя, согласно квант. механике, имеет 2J+1 спиновых состояний, различающихся проекцией спина но поскольку тg =0, Ф. может находиться только в двух спиновых состояниях с проекциями спина на направление движения (спиральностью) ±1; этому св-ву в классич. электродинамике соответствует поперечность эл.-магн. волны.

Т. к. не существует системы отсчёта, в к-рой Ф. покоится, ему нельзя приписать определённой внутр. чётности. По электрич. и магн. мультипольностям системы зарядов (2l-поля; (см. МУЛЬТИПОЛЬ), излучившей данный Ф., различают состояния Ф. электрич. и магн. типа; чётность электрич. мультипольного Ф. равна (-1)l, магнитного (-1)l+1. Ф.— истинно нейтральная частица и поэтому обладает определённой зарядовой чётностью С (С= -1). Кроме эл.-магн. вз-ствия, Ф. участвует в гравитац. вз-ствии.

Представление о Ф. возникло в ходе развития квант. теории и теории относительности (термин «Ф.» был введён амер. физико-химиком Г. Н. Льюисом в 1929). В 1900 нем. физик М. Планк получил ф-лу для спектра теплового излучения абс. чёрного тела (см. ПЛАНКА ЗАКОН ИЗЛУЧЕНИЯ), исходя из предположения, что излучение эл.-магн. волн происходит определёнными порциями — «квантами», энергия к-рых может принимать лишь дискретный ряд значений, кратных неделимой порции — кванту ћw, где w — частота эл.-магн. волны. Развивая идею Планка, А. Эйнштейн ввёл гипотезу световых квантов, согласно к-рой эл.-магн. излучение само состоит из таких квантов, и на её основе объяснил ряд закономерностей фотоэффекта, люминесценции, фотохим. реакций. Построенная Эйнштейном спец. теория относительности (1905) создала предпосылки для того, чтобы считать эл.-магн. излучение одной из форм материи, а световые кванты — реальными элем. ч-цами. В опытах амер. физика А. Комптона по рассеянию рентг. лучей было установлено, что кванты излучения подчиняются тем же кинематич. законам, что и ч-цы в-ва, в частности квант излучения с частотой со обладает также и импульсом ћw/c (см. КОМПТОНА ЭФФЕКТ).

К сер. 30-х гг. в результате развития квант. механики стало ясно, что ни наличие волн. св-в, проявляющихся в волн. св-вах света, ни способность исчезать или рождаться в актах поглощения и испускания не выделяют Ф. среди др. элем. ч-ц.

Оказалось, что всем ч-цам в-ва, напр. эл-нам, присущи не только корпускулярные, но и волн. св-ва (см. ВОЛНЫ ДЕ БРОЙЛЯ, ДИФРАКЦИЯ МИКРОЧАСТИЦ), и была установлена возможность взаимопревращения элем. ч-ц. Напр., в электростатич. поле ат. ядра Ф. с энергией >1 МэВ (Ф. с энергией >100 кэВ обычно наз. g-квантами) может превратиться в эл-н и позитрон (процесс рождения пары), а при столкновении эл-на и позитрона может произойти их аннигиляция в два (или три) g-кванта (аннигиляция пары).

Квант. теорией вз-ствия Ф. с заряж. лептонами с учётом их возможных взаимопревращении явл. квантовая электродинамика. Вз-ствие Ф. с адронами и ат. ядрами описывается с помощью разл. теор. моделей, напр. модели векторной доминантности, модели партонов и др. (см. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ). В 60-х гг. была создана единая теория эл.-магн. и слабого вз-ствий, в которой Ф. выступает вместе с тремя «переносчиками» слабого вз-ствия — промежуточными векторными бозонами (см. СЛАБОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ).