Een foton is zijn eigen anti deeltje toch? Maar hoe dooft licht eigenlijk komt dat door dat fotonen zich samen voegen?

Weet jij het antwoord?

/2500

Een foton dooft niet. De fotonenergie wordt geabsorbeerd door atomen.

Licht is eigenlijk niets anders dan elektromagnetische straling. De golflengte van deze straling is zodanig dat deze door onze ogen kan worden waargenomen. Licht bestaat uit fotonen. Deze fotonen hebben zowel de gedaante van een golf als een deeltje. Fotonen ontstaan binnen een atoom als een een elektron naar een lagere energietoestand terugvalt. Hierbij komt energie vrij die vrijkomt in de vorm van fotonen. Fotonen kunnen ook worden opgewekt als een atoomkern terugvalt nar een lagere energietoestand en bij kernsplijting en kernfusie. Wanneer een elementair deeltje en zijn antideeltje botsen, kan alle massa worden omgezet in een foton. Omgekeerd kan een foton worden omgezet in massa. Albert Einstein heeft als eerste de omzetting van fotonen naar elektronen en de omzetting van elektronen naar fotonen (wiskundig) beschreven. Deze theorie ligt aan de basis van de werking van zonnepanelen. Je zou dus kunnen zeggen dat fotonen en elektronen uitwisselbaar zijn onder toevoeging of onttrekking van energie. Foto energie wordt dus niet geabsorbeerd, maar omgezet. Toegevoegd na 12 uur: Als een gammafoton een elektron tegenkomt, verdwijnt het uit de bundel en is het geabsorbeerd. De fotonen hebben een energie die groot genoeg is om elektronen uit een baan om hun atoom te slaan. Het foton moet dus een energie hebben die veel groter is dan de bindingsenergie van het elektron. Het Compton-effect is eigenlijk een botsing van één foton met een "vrij" elektron. Het foton met de resterende energie wordt uitgezonden in een andere richting dan de invalsrichting, zodat de impuls behouden blijft. Als het foton nog genoeg energie heeft, kan het proces zich herhalen. Omdat de energie van het foton afneemt, is er een corresponderende toename in de golflengte. In het algemeen is er dus een kleine 'roodverschuiving' en verstrooiing van de fotonen als ze door het materiaal gaan. Als er in het materiaal vrije elektronen zijn, zal het effect plaatsvinden bij alle fotonenergieën en dus bij alle golflengtes. De natuurkundige Dirac voorspelde eind jaren '20 uit zijn theorie dat elk deeltje ook een antideeltje heeft. Een uitzondering is het foton, dat zijn eigen antideeltje is. Deeltje en antideeltje hebben dezelfde massa. Maar zijn ze geladen, dan zijn de ladingen tegengesteld. Een positron is een anti-elektron. Het heeft dezelfde eigenschappen als een elektron, maar het is positief geladen. Zo is het antiproton negatief en het antineutron is uiteraard neutraal.

Fotonen kunnen verschillende interacties aangaan met materie afhankelijk van hun energie (golflengte van de e.m.s.) Voorbeelden zijn: Microgolven die watermoleculen harder laten trillen. (met andere woorden: de fotonen hebben zo weinig energie dat ze alleen hiertoe in staat zijn, veel meer dan wat water laten trillen kunnen ze niet.) Lichtgolven die fotonen exciteren. Bij erg hoge energieën (gammafotonen) hebben we voornamelijk volgende 3 effecten: Fotoelektrisch effect : de energie van het foton wordt afgegeven aan het elektron en is groter dan de bindingsenergie, de resterende energie is de kinetische energie die het elektron draagt. Compton-effect: hetzelfde als hierboven maar nu heeft het gammafoton zoveel energie dat het niet al zijn energie kan afgeven aan het elektron. Er gaat dus een foton verder met een lagere energie. Paarvorming: een foton met een energie van meer dan 1022 keV dat in de buurt komt van het elektromagnetische veld tussen een atoomkern en de elektronenwolk vormt een elektron en een positron. (ook hier weer: de resterende energie krijgen het elektron en het positron mee als kinetische energie).

Een foton is een deeltje waarmee de elektromagnetische kracht impuls en energie uitwisselt. Fotonen hebben allerlei eigenschappen en net als bij alle deeltjes wordt de waarschijnlijkheid ze ergens aan te treffen te bepaald door de golffunctie. Als er meerdere paden zijn waarop een deeltje een bepaalde plaats kan bereiken dan moeten al die paden worden uitgewerkt om te zien of je op die plaats een foton zou kunnen vinden. Als je twee golffuncties optelt (dubbele spleet) dan zijn er plaatsen waar de functie 0 is en je dus nooit een foton zult meten. Die uitdoving komt dus niet doordat fotonen zich samenvoegen. Fotonen kunnen geabsorbeerd worden door deeltjes met elektrische lading en omgekeerd. Bij het versnellen van een elektrische lading wordt een foton geproduceerd of opgenomen. Dat kan alleen in pakketjes die voldoen aan de vergelijking E=h.f, dus bij kleine energieovergangen krijg je fotonen met lage frequenties, zoals bij radiostraling. Lichtfotonen worden geproduceerd bij hoge temperaturen (energetische botsingen) en geabsorbeerd door moleculen of sommige metaalionen. Bij absorptie verdwijnt het foton en neemt het elektron de energie en de impuls van het foton over. Op dezelfde manier kan een foton dezelfde energie of van lagere energie ook weer uitgezonden worden. Elementaire deeltjes kun je trouwens niet zien als balletjes/golven of anderzins, in de praktijk worden ze alleen met wiskunde beschreven. De wereld die wij kennen is weliswaar opgebouwd uit deze deeltjes, maar dat wil niet zeggen dat ze dezelfde eigenschappen hebben als de ons bekende grotere voorwerpen. Wil je iets meer van licht begrijpen dan is QED van Feinman wel een goed begin, zonder formules, maar ook zonder simplificaties of sterk verouderde modellen.

Stel zelf een vraag

Ben je op zoek naar het antwoord die ene vraag die je misschien al tijden achtervolgt?

/100