El fotón. Todo lo que debes saber

Fotones de luz viajando en el vacío

Seguramente has oído hablar alguna vez de los fotones. Muchas veces se habla en el ámbito de la química y otras veces en la física pero, ¿qué es realmente un fotón? Se trata de una partícula de luz que se va propagando en el vacío y se desplaza. Es el fotón el causante de que la radiación electromagnética se desplace de un punto a otro en las distintas formas en las que podemos verla.

No te pierdas toda la información relacionada sobre el fotón. Te explicamos con detalles las características, descubrimientos y avances que ha otorgado los fotones en la ciencia. ¿Quieres saber más?

¿Qué es un fotón?

Energía de un fotón en el espacio

Esto es algo complejo de explicar bien en una sola frase como hemos hecho arriba en la introducción. Se trata de una partícula elemental y primigenia, por así decirlo, capaz de desplazarse por el vacío, transportando toda la radiación electromagnética. La palabra fotón viene de foto que significa luz. Es decir, un fotón también es luz. No sólo hablamos radiación electromagnética cuando nos referimos a los rayos ultravioletas dañinos, rayos gamma del espacio o la luz infrarroja.

Hay que recordar que dentro del espectro electromagnético tenemos un área que conocemos como luz visible. Este área se mueve entre los 400 y 700 nm y es lo que nos hace ver toda la gama de colores entre el rojo y el azul.

Como hemos dicho antes, es muy complejo definir la palabra fotón así como así. De hecho, la mayoría de veces que se utiliza este término a diario está mal empleado. Lo que sí diremos con total seguridad, es que es una partícula cuya masa permanece estable. Gracias a esta estabilidad, es capaz de viajar al vacío a una velocidad constante. Aunque parezca irreal o sacado de la manga, los fotones se pueden analizar tanto a niveles microscópicos como macroscópicos. Es decir, cuando vemos un rayo de luz entrando por una ventana, sabemos que por ahí están pasando fotones.

Además, conforme se desplaza por el vacío transportando la radiación electromagnética, lo hace manteniendo todas sus propiedades ondulatorias y corpusculares. Es decir, es capaz de funcionar como si fuera una onda. Por ejemplo, si realizamos un refractado sobre una lente de gafas, el paso de fotones se asimila al de una onda. Cuando el fotón alcanza finalmente la materia tras viajar por el vacío, seguirá siendo una partícula más que mantiene toda su energía inalterada.

Propiedades y descubrimiento

Comportamiento de un fotón como onda

Si realizamos el experimento con una lente, podemos solamente reflejar un fotón durante todo el proceso refractario. Mientras realizamos el experimento, se puede observar cómo el fotón es capaz de actuar como una onda e interferir consigo mismo. Sin embargo, aunque se comporte como una onda, no pierde las característica que le hace ser una partícula. Esto es, tiene una posición concreta y una cantidad de movimiento que se puede cuantificar.

Podemos medir las propiedades que tiene como onda y como partícula a la vez ya que forman parte del mismo fenómeno. Estos fotones no pueden ubicarse en el espacio.

Seguramente están pensando que a saber lo que estoy diciendo, porque todo parece muy complicado. Vamos a conocer mejor cómo se descubrió el fotón para aclarar algunas cosas. Como sabemos, Albert Einstein fue un gran físico (sino el mejor de todos los tiempos) y dedicó parte de sus estudios a los fotones. Fue él quien puso nombre a estas partículas que denominó como cuanto de luz.

Esto sucedió a principios del siglo XX. Einstein intentaba explicar las observaciones experimentales que no encajaban con las investigaciones que habían de la luz. Y es que se pensaba que la luz actuaba como una onda electromagnética y no como un flujo de partículas llamadas fotones (aunque estos a su vez se puedan comportar como ondas).

Es entonces cuando Einstein pudo redefinir el término cuanto de luz y aceptar que la energía que posee la luz es totalmente dependiente de la frecuencia que tiene. Además, la materia sobre la que la luz se deposita y la radiación electromagnética que transportan los fotones se encuentran en un equilibrio térmico (de ahí a que la luz puede calentar las superficies y objetos).

Físicos que han ayudado en el descubrimiento del fotón

Científicos que estudiaron el fotón

Como esto no es algo sencillo de poder analizar e investigar (y menos con la tecnología que había en el siglo XX y anterior), fue gracias a las investigaciones de algunos físicos importantes el hecho de conocer la luz como partícula y no como ondas.

Uno de los físicos en los que se apoyó Einstein para derivar su teoría era Max Planck. Este científico tenía que trabajar todos los aspectos de la luz y las definía mediante las ecuaciones de Maxwell. El problema que no podía resolver era el por qué la luz que se proyectaba sobre objetos llegaba en pequeños grupos de energía.

Al introducir Einstein una teoría distinta con respecto a lo que se estaba acostumbrado, tuvo que ser comprobada. Efectivamente, supieron mediante el efecto de Compton que la hipótesis de que la luz estaba compuesta por fotones era cierta.

Es más tarde cuando, en 1926 el físico Gilbert Lewis cambia la denominación de cuantos de luz por fotón. Esta palabra procede de la palabra griega que significa luz, por lo que es perfecta para describirlo.

Dinámica y funcionamiento en la actualidad

Colores del espectro electromagnético visible

Los fotones se pueden emitir de múltiples maneras. Por ejemplo, si una partícula es acelerada con una carga eléctrica, su emisión es distinta, puesto que posee otros niveles de energía. Podemos eliminar el fotón, haciéndolo desaparecer con su antipartícula. Desde el descubrimiento de estos científicos anteriormente mencionados, el conocimiento de los fotones ha cambiado enormemente.

En la actualidad, las leyes de la física están cuasi simétricas en el espacio y tiempo, por lo que todos los estudios que se realizan sobre estas partículas de luz son muy exactos. Por ello, puesto que se conocen todas las propiedades con gran detalle, sirven para la microscopía de alta resolución, la fotoquímica e incluso para la medida de las distancias entre moléculas.

Como pueden ver, diversos estudios que se realizaron hace más de un siglo nos ayudan en la actualidad a seguir avanzando con la ciencia.

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