素粒子のお話 - 光子編

光子は電磁力を媒介する基本粒子であり、電磁場の量子化されたエネルギー単位です。 質量と電気的電荷を持たないゲージボソンであり、真空中は常に光速で移動します。 光子は可視光線だけでなく、電波、赤外線、紫外線、X線など、すべての電磁波を構成します。 エネルギーは振動数に比例し、プランク定数を用いて E=hf で表すことができます。 光子はスピン1を持ちますが、質量がないため2つの偏光状態しか存在しません。 電磁力は電荷を持つ粒子が光子を交換する過程で説明され、電子のような荷電粒子が加速したり、エネルギー準位が変化したりする際に、実際の光子が放出されたり吸収されたりすることがあります。 光子は他の基本粒子と異なり、静止状態を持つことができず、真空中で固有時間も流れません。また、光子はボソンであるため、同じ量子状態に複数存在することができます。 量子力学的に光子は波動性と粒子性を同時に示し、光電効果や二重スリット実験などは、この光の量子的な性質を示す代表的な事例です。