Foton

Фотон (қадимги юнонча: φωτός — „ёруғлик“) элементар заррача бўлиб, электромагнит нурланиш (хусусан, ёруғлик) квантидир. Фотон — ёруғликнинг элементар зарраси деб тасаввур қилинади. Иссиқлик нурланиши, фотоэффект ҳодисалари фотон тушунчаси асосида тушунтирилади. Бу ҳодисаларни тушунтиришда ёруғлик энергияси (яъни, электромагнит энергия) фотонларда мужассамланган, ёруғлик энергияси фотонлар кўринишида тарқалади деган фикр асос қилиб олинган. Фотон энергияси ва тебраниш частотаси орасидаги боғланиш ${\дисплайстйле Э=ҳ \ну}$ муносабат билан аниқланади. Энергия ва массанинг эквивалентлик қонуни ${\дисплайстйле Э=мc^2}$ ифодадан фойдаланган ҳолда фотоннинг массасини ифодалаш мумкин

${\дисплайстйле м_ф c^2 = ҳ \ну}$,

${\дисплайстйле м_ф = \фраc{ҳ \ну}{c^2}}$

Иккинчи томондан, ҳар қандай зарранинг массаси унинг тезлиги билан нисбийлик назарияси асосида қуйидагича боғланган

${\дисплайстйле м = \фраc{м_0}{\сқрт{1 - \упсилон^2/c^2}}(1)}$

Бу формуладан кўринадики, зарра ҳаракациз (яъни, ${\дисплайстйле \упсилон}$=0) ҳолда бўлганда, унинг массаси м₀га тенг, демак, м₀ — зарранинг тинч ҳолатдаги массасидир. Тажрибаларда тинч ҳолатдаги масса м₀ ўлчанади, чунки аксарият ҳолларда ${\дисплайстйле \упсилон}$<<c (1) муносабат эса катта тезликлар билан ҳаракатланаётган зарралар учун тўғри бўлади. У ҳолда ёруғлик фотони учун (1) ифода қандай бўлишини кўрайлик.

${\дисплайстйле м_о = м \сқрт{1-\упсилон^2/c^2}}$

Ёруғлик фотони учун ${\дисплайстйле \упсилон}$=c бўлганда фотон массасининг қиймати чекли катталик эканлиги кўринади. Шунинг учун юқоридаги ифода асосида ёруғлик фотонининг тинч ҳолдаги массаси ${\дисплайстйле м_0}$нинг қиймати нолга тенг бўлиши керак, деган хулоса чиқади. Ёки бошқача айтганда, ёруғлик фотони „тўхтаб қолса“, унинг барча хусусиятлари йўқолади, яъни массаси ҳам, энергияси ҳам нолга тенг бўлади. Фотоннинг „тўхташи“ деганда, унинг бирор жисм томонидан ютилиши тушунилади. Тўхташ жараёнида фотоннинг энергияси (унга эквивалент бўлган массаси) ютувчи жисмга ўтади. Натижада ютувчи жисмнинг энергияси (массаси) мос равишда ортади. Демак, ёруғлик фотонининг бошқа зарралардан (масалан, электрон, протон, нейтрон, атом, молекула ва ҳоказо)дан фарқи шундаки, фотон тинч ҳолдаги массасига эга бўлмайди, яъни унинг тинч ҳолатдаги массаси нолга тенг. Фотон фақат ҳаракатланиш жараёнида мавжуд бўлиб, унинг тезлиги ёруғлик тезлигига тенг. Демак, фотон ҳаракатланиш жараёнида мавжуд бўлиб, у энергия, масса ва импулсга эга бўлади. Фотонларнинг мавжудлиги бирқатор тажрибаларда тасдиқланди. Бу тажрибалардан бири 1922-йилда А. Ф. Иоффе ва Н. И. Добронравовлар томонидан ўтказилган тажрибадир. Тажриба қуйидагича: ясси конденсаторнинг А ва Б қопламалари орасида зарядланган висмут (Ви) зарраси „муаллақ“ вазиятда туради, яъни зарранинг оғирлик кучи заррага тескари йўналишда таъсир этувчи электр кучи билан мувозанатлашган бўлади. Конденсатор қопламаларидан бири рентген трубкасининг аноди вазифасини бажаради Кичик интенсивликдаги электронтар оқими А анодга келиб урилгач, унда тормозланади Натижада А дан бир секундда мингга яқин рентген импулслари чиқарилади. Бу рентген нурлари таъсирида висмут зарраси 30 минутлар давомида ҳир марта титраб мувозанатдан чиққан. Ҳисобларнинг кўрсатишича, шунча вақт (30 минут) ичида зарра йўналишида битта рентген кванти нурланар экан. Бу рентген кванти зарра билан то ‘қнашгач, фотоэффект ҳодисаси юз беради, яъни заррадан электрон ажралиб чиқади. Электрон ажралиб чиққани учун зарранинг заряди о ‘згаради ва у мувозанат вазиятидан чиқади. Бундай тажрибани шундай тушунтириш мумкин. Бу тажриба рентген нурларининг жисм билан таъсирлашуви квант характерга эга эканлигини тасдиқлайди. Агар рентген нурлари тўлқин тарзида тарқалади деб қаралса, заррадан электроннинг ажралиб чиқиши учун керак боМадиган энергия электроннинг чиқиш иши қийматига етгунча йиғилиши керак. Тажрибада фойдаланилган рентген нурларининг интенсивлиги кичик бўлганлиги учун, бундай энергия ҳар қанча вақт о ‘ца ҳам йиғилмас экан, буни ҳисоблашлар кўрсатади. В. И. Вавиловнинг фикрига кўра, ёруғлик оқими айрим фотонларнинг йиғиндисидан иборат бўлса, статистик физика қонунларига асосан фотонларнинг флуктуацияси кузатилиши керак. Бу фикр 1933—1942- йилларда ўтказилган тажрибаларда тасдиқланди. Бу эса ёруғликнинг фотон табиатига эга эканлигини исботловчи яна бир далилдир.

Манбалар

• Г.Аҳмедова „Атом физикаси“
• Р.Бекжонов „Атом ва ядро физикаси“