En física moderna, el fotón (en griego φῶς phōs (gen. φωτός) 'luz', y -ón) es la partícula elemental responsable de las manifestaciones cuánticas del fenómeno electromagnético. Es la partícula portadora de todas las formas de radiación electromagnética, incluyendo los rayos gamma, los rayos X, la luz ultravioleta, la luz visible, la luz infrarroja, las microondas y las ondas de radio. El fotón tiene una masa invariante cero, y viaja en el vacío con una velocidad constante . Como todos los cuantos, el fotón presenta tanto propiedades corpusculares como ondulatorias ("dualidad onda-corpúsculo"). Se comporta como una onda en fenómenos como la refracción que tiene lugar en una lente, o en la cancelación por interferencia destructiva de ondas reflejadas; sin embargo, se comporta como una partícula cuando interactúa con la materia para transferir una cantidad fija de energía, que viene dada por la expresión: donde h es la constante de Planck, c es la velocidad de la luz, es la longitud de onda y la frecuencia de la onda. Esto difiere de lo que ocurre con las ondas clásicas, que pueden ganar o perder cantidades arbitrarias de energía. Para la luz visible, la energía portada por un fotón es de alrededor de 4×10–19 julios; esta energía es suficiente para excitar las células oculares fotosensibles y dar lugar a la visión. Además de energía, los fotones llevan también asociado un momento lineal y tienen una polarización. Siguen las leyes de la mecánica cuántica, lo que significa que a menudo estas propiedades no tienen un valor bien definido para un fotón dado. En su lugar se habla de las probabilidades de que tenga una cierta polarización, posición o momento lineal. Por ejemplo, aunque un fotón puede excitar una molécula, a menudo es imposible predecir cuál será la molécula excitada. La descripción anterior de un fotón como un portador de radiación electromagnética es utilizada con frecuencia por los físicos. Sin embargo, en física teórica, un fotón puede considerarse como un mediador para cualquier tipo de interacción electromagnética. La discusión sobre la naturaleza de la luz se remonta hasta la antigüedad. En el siglo XVII, Newton se inclinó por una interpretación corpuscular de la luz, mientras que sus contemporáneos Huygens y Hooke apoyaron la hipótesis de la luz como onda. Experimentos de interferencia, como el realizado por Young en el siglo XIX, confirmaron el modelo ondulatorio de la luz. La idea de la luz como partícula retornó con el concepto moderno de fotón, que fue desarrollado gradualmente entre 1905 y 1917 por Albert Einstein apoyándose en trabajos anteriores de Planck, en los cuales se introdujo el concepto de cuanto. Con el modelo de fotón podían explicarse observaciones experimentales que no encajaban con el modelo ondulatorio clásico de la luz. En particular, explicaba cómo la energía de la luz dependía de la frecuencia (dependencia observada en el efecto fotoeléctrico) y la capacidad de la materia y la radiación electromagnética para permanecer en equilibrio térmico. Otros físicos trataron de explicar las observaciones anómalas mediante modelos "semiclásicos", en los que la luz era descrita todavía mediante las ecuaciones de Maxwell, aunque los objetos materiales que emitían y absorbían luz estaban cuantizados. Aunque estos modelos semiclásicos contribuyeron al desarrollo de la mecánica cuántica, experimentos posteriores han probado las hipótesis de Einstein sobre la cuantización de la luz (los cuantos de luz son los fotones). El concepto de fotón ha llevado a avances muy importantes en física teórica y experimental, tales como la teoría cuántica de campos, el condensado de Bose-Einstein y la interpretación probabilística de la mecánica cuántica, y a inventos como el láser. De acuerdo con el modelo estándar de física de partículas los fotones son los responsables de producir todos los campos eléctricos y magnéticos, y a su vez son el resultado de que las leyes físicas tengan cierta simetría en todos los puntos del espacio-tiempo. Las propiedades intrínsecas de los fotones (masa invariante y espín) están determinadas por las propiedades de la simetría de Gauge. Los fotones se aplican a muchas áreas, como la fotoquímica, el microscopio fotónico y la medición de distancias moleculares. Incluso se los ha estudiado como componentes de computadoras cuánticas y en aplicaciones sofisticadas de comunicación óptica como por ejemplo en criptografía cuántica.

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A photon is an elementary particle, the quantum of all forms of electromagnetic radiation including light. It is the force carrier for electromagnetic force, even when static via virtual photons. The photon has zero rest mass and as a result, the interactions of this force with matter at long distance are observable at the microscopic and macroscopic levels. Like all elementary particles, photons are currently best explained by quantum mechanics and exhibit wave–particle duality, exhibiting properties of both waves and particles. For example, a single photon may be refracted by a lens and exhibit wave interference with itself, and it can behave as a particle with definite and finite measurable position and momentum. The photon's wave and quanta qualities are two observable aspects of a single phenomenon, and cannot be described by any mechanical model; a representation of this dual property of light, which assumes certain points on the wavefront to be the seat of the energy, is not possible. The quanta in a light wave cannot be spatially localized. Some defined physical parameters of a photon are listed. The modern concept of the photon was developed gradually by Albert Einstein in the early 20th century to explain experimental observations that did not fit the classical wave model of light. The benefit of the photon model was that it accounted for the frequency dependence of light's energy, and explained the ability of matter and electromagnetic radiation to be in thermal equilibrium. The photon model accounted for anomalous observations, including the properties of black-body radiation, that others (notably Max Planck) had tried to explain using semiclassical models. In that model, light was described by Maxwell's equations, but material objects emitted and absorbed light in quantized amounts (i.e., they change energy only by certain particular discrete amounts). Although these semiclassical models contributed to the development of quantum mechanics, many further experiments beginning with the phenomenon of Compton scattering of single photons by electrons, validated Einstein's hypothesis that light itself is quantized. In 1926 the optical physicist Frithiof Wolfers and the chemist Gilbert N. Lewis coined the name photon for these particles. After Arthur H. Compton won the Nobel Prize in 1927 for his scattering studies, most scientists accepted that light quanta have an independent existence, and the term photon was accepted. In the Standard Model of particle physics, photons and other elementary particles are described as a necessary consequence of physical laws having a certain symmetry at every point in spacetime. The intrinsic properties of particles, such as charge, mass and spin, are determined by this gauge symmetry. The photon concept has led to momentous advances in experimental and theoretical physics, including lasers, Bose–Einstein condensation, quantum field theory, and the probabilistic interpretation of quantum mechanics. It has been applied to photochemistry, high-resolution microscopy, and measurements of molecular distances. Recently, photons have been studied as elements of quantum computers, and for applications in optical imaging and optical communication such as quantum cryptography.

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