फोटॉन: Difference between revisions

फोटॉन
	फोटॉन एक सियान लेजर बीम के बाहर, नारंगी लेजर बीम के अंदर केल्साइट और इसके प्रतिदीप्ति द्वारा उत्सर्जित होते हैं।
रचना	प्राथमिक कण
सांख्यिकी	बोसोनिक
परिवार	गेज बोसोन
बातचीत एस	Electromagnetic, Weak (and Gravity)
प्रतीक	Template:बड़ा
Theorized	अल्बर्ट आइंस्टीन (1905) ; "फोटॉन" नाम का श्रेय आम तौर पर गिल्बर्ट एन. लुईस को दिया जाता है (1926)
द्रव्यमान	0 (theoretical value); < 1×10−18 eV/c2 (experimental limit)
मतलब जीवनकाल	Stable
इलेक्ट्रिक चार्ज	0 ; < 1×10−35 e
Color charge	0
स्पिन स्टेट्स	दो: Template:गणित, Template:गणित
c समता	-1
संघनित	कमजोर आइसोस्पिन(कुल कोणीय गतिसमता (भौतिकी)सी समता )=0,1(1-−)

Latest revision as of 15:08, 5 September 2023

फोटॉन (प्राचीन यूनानी φῶς, φωτός (फॉस, फोटो) 'प्रकाश' से) प्राथमिक कण है जो विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का एक क्वांटम है, जिसमें विद्युत चुम्बकीय विकिरण जैसे प्रकाश और रेडियो तरंगें, और विद्युत चुम्बकीय बल के लिए बल वाहक सम्मिलित हैं। फोटॉन द्रव्यमान रहित होते हैं, ^{[lower-alpha 1]} इसलिए वे हमेशा निर्वात में प्रकाश की गति से चलते हैं, 299792458 मी/से (या लगभग 186,282 मील/सेकेंड)। फोटॉन बोसॉन वर्ग का है।

अन्य प्राथमिक कणों की तरह, फोटॉनों को क्वांटम यांत्रिकी द्वारा सबसे अच्छी तरह समझाया जाता है और तरंग-कण द्वैत प्रदर्शित करता है, उनके व्यवहार में तरंगों और कणों दोनों के गुणों की विशेषता होती है।^[2] आधुनिक फोटॉन अवधारणा की प्रारम्भ 20वीं सदी के पहले दो दशकों में अल्बर्ट आइंस्टीन के काम से हुई, जिन्होंने मैक्स प्लैंक के शोध पर निर्माण किया। यह समझाने की कोशिश करते हुए कि पदार्थ और विद्युत चुम्बकीय विकिरण एक दूसरे के साथ तापीय संतुलन में कैसे हो सकते हैं, प्लैंक ने प्रस्ताव दिया कि भौतिक वस्तु के भीतर संग्रहीत ऊर्जा को असतत, समान आकार के भागों की पूर्णांक संख्या से बना माना जाना चाहिए। फोटोइलेक्ट्रिक (प्रकाश विद्युत प्रभाव) प्रभाव की व्याख्या करने के लिए, आइंस्टीन ने यह विचार प्रस्तुत किया कि प्रकाश स्वयं ऊर्जा की असतत इकाइयों से बना है। 1926 में, गिल्बर्ट एन. लुईस ने इन ऊर्जा इकाइयों के लिए फोटॉन शब्द को लोकप्रिय बनाया।^[3]^[4]^[5] इसके बाद, कई अन्य प्रयोगों ने आइंस्टीन के दृष्टिकोण की पुष्टि की।^[6]^[7]^[8]

कण भौतिकी के मानक मॉडल में, फोटॉन और अन्य प्राथमिक कणों को अंतरिक्ष समय में प्रत्येक बिंदु पर निश्चित समरूपता वाले भौतिक नियमों के आवश्यक परिणाम के रूप में वर्णित किया गया है। आवेश, द्रव्यमान और स्पिन जैसे कणों के आंतरिक गुण, गेज समरूपता द्वारा निर्धारित किए जाते हैं। फोटॉन की अवधारणा ने प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक भौतिकी में महत्वपूर्ण प्रगति की है, जिसमें लेज़र, बोस-आइंस्टीन संघनन, क्वांटम फील्ड सिद्धांत और क्वांटम यांत्रिकी की संभाव्य व्याख्या सम्मिलित है। यह फोटोकैमिस्ट्री, उच्च-रिज़ॉल्यूशन माइक्रोस्कोपी और आणविक दूरी के मापन पर लागू किया गया है। इसके अलावा, फोटॉनों का अध्ययन क्वांटम कंप्यूटर के तत्वों के रूप में और ऑप्टिकल इमेजिंग और ऑप्टिकल संचार जैसे क्वांटम क्रिप्टोग्राफी में अनुप्रयोगों के लिए किया गया है।

नामकरण

1926 गिल्बर्ट एन. लुईस पत्र जो "फोटॉन" शब्द को साधारण उपयोग में लाया

शब्द क्वांटा (एकवचन क्वांटम, लैटिन भाषा में कितना) का उपयोग 1900 से पहले कणों या बिजली सहित विभिन्न मात्राओं की मात्रा के लिए किया जाता था। 1900 में, जर्मन भौतिक विज्ञानी मैक्स प्लैंक ब्लैक-बॉडी रेडिएशन का अध्ययन कर रहे थे, और उन्होंने सुझाव दिया कि प्रयोगात्मक टिप्पणियों, विशेष रूप से कम तरंग दैर्ध्य पर, समझाया जाएगा कि क्या अणु के भीतर संग्रहीत ऊर्जा "असतत मात्रा है जो परिमित की एक अभिन्न संख्या से बना है। समान भाग", जिसे उन्होंने "ऊर्जा तत्व" कहा।^[9] 1905 में, अल्बर्ट आइंस्टीन ने एक पेपर प्रकाशित किया, जिसमें उन्होंने प्रस्तावित किया कि ब्लैक-बॉडी रेडिएशन और फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव सहित कई प्रकाश संबंधी घटनाओं को स्थानिक रूप से स्थानीयकृत, असतत तरंग पैकेटों के रूप में इलेक्ट्रोमैग्नेटिक तरंगों के मॉडलिंग द्वारा बेहतर ढंग से समझाया जाएगा।^[10] उन्होंने ऐसे वेव पैकेट को लाइट क्वांटम (जर्मन: ईइन लिचक्वेंट) कहा।^{[lower-alpha 2]}

फोटॉन नाम प्रकाश के लिए ग्रीक शब्द से लिया गया है, φῶς (लिप्यंतरित फॉस)। आर्थर कॉम्पटन ने 1928 में जी.एन. का जिक्र करते हुए फोटॉन का उपयोग किया था। लुईस, जिन्होंने 18 दिसंबर 1926 को नेचर को लिखे पत्र में यह शब्द गढ़ा था।^[3]^[11] इसी नाम का पहले उपयोग किया गया था, लेकिन लुईस से पहले व्यापक रूप से कभी नहीं अपनाया गया था: 1916 में अमेरिकी भौतिक विज्ञानी और मनोवैज्ञानिक लियोनार्ड टी। ट्रॉलैंड द्वारा, 1921 में आयरिश भौतिक विज्ञानी जॉन जोली द्वारा, 1924 में फ्रांसीसी फिजियोलॉजिस्ट रेने वुर्मसर (1890-1993) द्वारा और 1926 में फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी फ्रिथिओफ वोल्फर्स (1891-1971) द्वारा।^[5] प्रारम्भ में नाम का सुझाव आंख की रोशनी और प्रकाश की परिणामी अनुभूति से संबंधित एक इकाई के रूप में दिया गया था और बाद में इसका उपयोग शारीरिक संदर्भ में किया गया था। हालांकि वोल्फर्स और लुईस के सिद्धांतों का कई प्रयोगों द्वारा खंडन किया गया था और उन्हें कभी स्वीकार नहीं किया गया था, अधिकांश भौतिकविदों द्वारा नए नाम को कॉम्पटन द्वारा उपयोग किए जाने के तुरंत बाद अपनाया गया था।^[5]^{[lower-alpha 3]}

भौतिकी में, फोटॉन को सामान्यतः प्रतीक γ (ग्रीक अक्षर गामा) द्वारा निरूपित किया जाता है। फोटॉन के लिए यह प्रतीक संभवतः गामा किरणों से निकला है, जिसे 1900 में पॉल विलार्ड द्वारा खोजा गया था,^[13]^[14] जिसे 1903 में अर्नेस्ट रदरफोर्ड द्वारा नामित किया गया था, और 1914 में रदरफोर्ड और एडवर्ड एंड्रेड द्वारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण का एक रूप दिखाया गया था।^[15] रसायन विज्ञान और ऑप्टिकल इंजीनियरिंग में, फोटॉन को सामान्यतः hν द्वारा दर्शाया जाता है, जो कि फोटॉन ऊर्जा है, जहां h प्लैंक स्थिरांक है और ग्रीक अक्षर ν (nu) फोटॉन की आवृत्ति है।^[16] बहुत कम सामान्यतः, फोटॉन का प्रतीक हो सकता है $hf$ , जहां इसकी आवृत्ति $f$ द्वारा निरूपित की जाती है।^[17]

भौतिक गुण

फोटॉन द्रव्यमान रहित होता है, ^{[lower-alpha 4]} में कोई विद्युत आवेश नहीं होता है,^[19]^[20] और एक स्थिर कण होता है। निर्वात में, फोटॉन में तीन संभावित ध्रुवीकरण अवस्थाएँ होती हैं।^[21]^{[lower-alpha 5]} फोटॉन विद्युत चुंबकत्व के लिए गेज बोसोन है,^{^[22]29–30} और इसलिए फोटॉन की अन्य सभी क्वांटम संख्याएँ (जैसे लेप्टान संख्या, बेरिऑन) नंबर, और फ्लेवर क्वांटम नंबर) शून्य हैं।^[23] इसके अलावा, फोटॉन बोस-आइंस्टीन आँकड़ों का पालन करता है, न कि फर्मी-डिराक आँकड़ों का। अर्थात्, वे पाउली अपवर्जन सिद्धांत ^[24]^: 1221का पालन नहीं करते हैं और एक से अधिक ही बाध्य क्वांटम अवस्था में रह सकते हैं।

कई प्राकृतिक प्रक्रियाओं में फोटोन उत्सर्जित होते हैं। उदाहरण के लिए, जब आवेश त्वरित होता है तो यह सिंक्रोट्रॉन विकिरण उत्सर्जित करता है। निम्न ऊर्जा स्तर पर आणविक, परमाणु या परमाणु संक्रमण के दौरान, रेडियो तरंगों से लेकर गामा किरणों तक विभिन्न ऊर्जा के फोटॉन उत्सर्जित होंगे। फोटॉन तब भी उत्सर्जित हो सकते हैं जब कण और उसके संबंधित प्रतिकण नष्ट हो जाते हैं (उदाहरण के लिए, इलेक्ट्रॉन-पॉज़िट्रॉन विलोपन)।^[24]^{: 572, 1114, 1172}

सापेक्षिक ऊर्जा और संवेग

खाली जगह में, फोटॉन $c$ (प्रकाश की गति) पर चलता है और इसकी ऊर्जा और संवेग $E = p c$ , से संबंधित होते हैं, जहाँ $p$ संवेग वेक्टर $p$ का परिमाण है। यह $m = 0$ :के साथ निम्नलिखित आपेक्षिक संबंध से निकला है:^[25]

rad⋅s⁻¹) और अंतरिक्ष अक्ष कोणीय तरंग संख्या (rad⋅m .) का प्रतिनिधित्व करता है^-1)। हरा और नील बाएँ और दाएँ का प्रतिनिधित्व करते हैं ध्रुवीकरण

E^{2}=p^{2}c^{2}+m^{2}c^{4}~.

फोटॉन की ऊर्जा और संवेग केवल इसकी आवृत्ति ( $\nu$ ) या व्युत्क्रम, इसकी तरंग दैर्ध्य ( $λ$ ) पर निर्भर करते हैं:

E=\hbar \,\omega =h\,\nu ={\frac {\,h\,c\,}{\lambda }}

{\boldsymbol {p}}=\hbar \,{\boldsymbol {k}}~,

जहाँ $k$ तरंग वेक्टर है, जहाँ

$k ≡ |k| = .mw-parser-output .sfrac{white-space:nowrap}.mw-parser-output .sfrac.tion,.mw-parser-output .sfrac .tion{display:inline-block;vertical-align:-0.5em;font-size:85%;text-align:center}.mw-parser-output .sfrac .num,.mw-parser-output .sfrac .den{display:block;line-height:1em;margin:0 0.1em}.mw-parser-output .sfrac .den{border-top:1px solid}.mw-parser-output .sr-only{border:0;clip:rect(0,0,0,0);height:1px;margin:-1px;overflow:hidden;padding:0;position:absolute;width:1px} 2π /λ$ तरंग संख्या है, और
$ω \equiv 2 π ν$ कोणीय आवृत्ति है, और
$ħ \equiv h / 2π$ प्लैंक स्थिरांक है।^[26]

तब से $p$ फोटॉन के प्रसार की दिशा में इंगित करता है, इसके संवेग का परिमाण है

p \equiv | p | = ℏ k = \frac{h ν}{c}

[1]

[lower-alpha 1]

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[lower-alpha 3]

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[lower-alpha 4]

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[21]

[lower-alpha 5]

[22]

[23]

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[25]

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   |condensed_symmetries=कमजोर आइसोस्पिन(कुल कोणीय गति<sup>समता (भौतिकी)[[ सी समता ]]</sup>)=0,1(1<sup>-−</sup>)<ref name="Particle_table_2009"/>|image_size=300px}}
-फोटॉन (प्राचीन यूनानी φῶς, φωτός (फॉस, फोटो) 'प्रकाश' से) [[ प्राथमिक कण |प्राथमिक कण]] है जो [[ विद्युत चुम्बकीय |विद्युत चुम्बकीय]] क्षेत्र का एक क्वांटम है, जिसमें [[ विद्युत चुम्बकीय विकिरण |विद्युत चुम्बकीय विकिरण]] जैसे प्रकाश और [[ रेडियो तरंग |रेडियो तरंगें]], और [[ विद्युत चुम्बकीय बल |विद्युत चुम्बकीय बल]] के लिए [[ बल वाहक |बल वाहक]] सम्मिलित हैं। फोटॉन द्रव्यमान रहित होते हैं, {{efn|The photon's [[invariant mass]] (also called "rest mass" for massive particles) is believed to be exactly zero.  This is the notion of particle mass generally used by modern physicists.  The photon does have a nonzero [[relativistic mass]], depending on its energy, but this varies according to the [[frame of reference]].}} इसलिए वे हमेशा निर्वात में प्रकाश की गति से चलते हैं, 299792458 मी/से (या लगभग 186,282 मील/सेकेंड)। फोटॉन [[ बोसॉन |बोसॉन]] वर्ग का है।
+'''फोटॉन''' (प्राचीन यूनानी φῶς, φωτός (फॉस, फोटो) 'प्रकाश' से) [[ प्राथमिक कण |प्राथमिक कण]] है जो [[ विद्युत चुम्बकीय |विद्युत चुम्बकीय]] क्षेत्र का एक क्वांटम है, जिसमें [[ विद्युत चुम्बकीय विकिरण |विद्युत चुम्बकीय विकिरण]] जैसे प्रकाश और [[ रेडियो तरंग |रेडियो तरंगें]], और [[ विद्युत चुम्बकीय बल |विद्युत चुम्बकीय बल]] के लिए [[ बल वाहक |बल वाहक]] सम्मिलित हैं। फोटॉन द्रव्यमान रहित होते हैं, {{efn|The photon's [[invariant mass]] (also called "rest mass" for massive particles) is believed to be exactly zero.  This is the notion of particle mass generally used by modern physicists.  The photon does have a nonzero [[relativistic mass]], depending on its energy, but this varies according to the [[frame of reference]].}} इसलिए वे हमेशा निर्वात में प्रकाश की गति से चलते हैं, 299792458 मी/से (या लगभग 186,282 मील/सेकेंड)। फोटॉन [[ बोसॉन |बोसॉन]] वर्ग का है।
 अन्य प्राथमिक कणों की तरह, फोटॉनों को [[ क्वांटम यांत्रिकी |क्वांटम यांत्रिकी]] द्वारा सबसे अच्छी तरह समझाया जाता है और तरंग-कण द्वैत प्रदर्शित करता है, उनके व्यवहार में तरंगों और कणों दोनों के गुणों की विशेषता होती है।<ref>{{cite book  |last1=Joos |first1=George  |date=1951  |title=Theoretical Physics  |page=679  |publisher=Blackie and Son Limited  |location=London and Glasgow }}</ref> आधुनिक फोटॉन अवधारणा की प्रारम्भ 20वीं सदी के पहले दो दशकों में [[ अल्बर्ट आइंस्टीन |अल्बर्ट आइंस्टीन]] के काम से हुई, जिन्होंने [[ मैक्स प्लैंक |मैक्स प्लैंक]] के शोध पर निर्माण किया। यह समझाने की कोशिश करते हुए कि पदार्थ और विद्युत चुम्बकीय विकिरण एक दूसरे के साथ तापीय संतुलन में कैसे हो सकते हैं, प्लैंक ने प्रस्ताव दिया कि भौतिक वस्तु के भीतर संग्रहीत ऊर्जा को असतत, समान आकार के भागों की [[ पूर्णांक |पूर्णांक]] संख्या से बना माना जाना चाहिए। फोटोइलेक्ट्रिक ([[ प्रकाश विद्युत प्रभाव |प्रकाश विद्युत प्रभाव]]) प्रभाव की व्याख्या करने के लिए, आइंस्टीन ने यह विचार प्रस्तुत किया कि प्रकाश स्वयं ऊर्जा की असतत इकाइयों से बना है। 1926 में, गिल्बर्ट एन. लुईस ने इन ऊर्जा इकाइयों के लिए फोटॉन शब्द को लोकप्रिय बनाया।<ref name=":0">{{Cite web|url=https://www.aps.org/publications/apsnews/201212/physicshistory.cfm|title=December 18, 1926: Gilbert Lewis coins "photon" in letter to Nature|website=www.aps.org|language=en|access-date=2019-03-09}}</ref><ref>{{Cite web|url=https://www.atomicheritage.org/profile/gilbert-n-lewis|title=Gilbert N. Lewis|website=Atomic Heritage Foundation|language=en|access-date=2019-03-09}}</ref><ref name="kragh">{{Cite arXiv |last=Kragh |first=Helge |date=2014 |title=Photon: New light on an old name |eprint=1401.0293 |class=physics.hist-ph }}</ref> इसके बाद, कई अन्य प्रयोगों ने आइंस्टीन के दृष्टिकोण की पुष्टि की।<ref name="compton-lecture">{{cite book|last1=Compton|first1=Arthur H.|title=From Nobel Lectures, Physics 1922–1941|publisher=Elsevier Publishing Company|year=1965|location=Amsterdam|chapter=X-rays as a branch of optics|orig-year=12 Dec 1927|chapter-url=https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/compton-lecture.pdf}}</ref><ref>{{Cite journal|last1=Kimble|first1=H.J.|last2=Dagenais|first2=M.|last3=Mandel|first3=L.|year=1977|title=Photon Anti-bunching in Resonance Fluorescence|url=https://authors.library.caltech.edu/6051/1/KIMprl77.pdf|journal=[[Physical Review Letters]]|volume=39|issue=11|pages=691–695|bibcode=1977PhRvL..39..691K|doi=10.1103/PhysRevLett.39.691}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Grangier|first1=P.|last2=Roger|first2=G.|last3=Aspect|first3=A.|year=1986|title=Experimental Evidence for a Photon Anticorrelation Effect on a Beam Splitter: A New Light on Single-Photon Interferences|journal=[[EPL (journal)|Europhysics Letters]]|volume=1|issue=4|pages=173–179|bibcode=1986EL......1..173G|citeseerx=10.1.1.178.4356|doi=10.1209/0295-5075/1/4/004|s2cid=250837011 }}</ref>
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