Fotones

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El fotón
El fotón es una partícula indivisible que se mueve, siempre, a la velocidad de la luz. Ésta es la máxima velocidad de propagación posible en el Universo. Ningún cuerpo material puede alcanzarla porque la resistencia de la materia a ser acelerada, su inercia, aumenta con la velocidad, y se hace infinita a la velocidad de la luz. Para alcanzar esta velocidad sería necesario aplicar a esecuerpo una fuerza de magnitud infinita, que no hay en la naturaleza. El fotón se mueve a la velocidad de la luz porque no es una partícula material; su masa es nula. Esto tiene la consecuencia adicional de que su velocidad no puede ser disminuida; esto es, los fotones no pueden ser frenados, existen sólo en movimiento a la velocidad de la luz. Como además nosotros no podemos movernos a esavelocidad es imposible detener, o alcanzar, un fotón para examinarlo. No tiene siquiera sentido imaginarle un aspecto físico; si es redondo y con costuras como pelota de beisbol, o liso, blanco y con un punto negro como bola de billar. Los puntos que aparecen en las fotos de baja exposición de la figura 35 no son fotones, sino las huellas que éstos dejan al transformar en plata metálica los cristales desales de este metal que los absorben. La posibilidad de que existieran partículas sin masa moviéndose a la velocidad de la luz fue anticipada por Einstein en la teoría de la relatividad. Por esto se llaman "partículas relativistas". Existen otras partículas relativistas con propiedades diferentes a las del fotón. Los neutrinos, por ejemplo, no son visibles por el ojo humano.
Los fotones sonproducidos por cargas eléctricas en movimiento. Las cargas eléctricas producen simultáneamente fuerzas eléctricas y magnéticas que se propagan en el espacio a la velocidad de la luz como ondas electromagnéticas. Los fotones se mueven en direcciones precisas, pero se les encuentra sólo en los lugares donde ocurren las ondas de fuerzas eléctricas y magnéticas generadas por las cargas. Se puede encontrarun fotón, todo completo, en cualquier lugar donde esas fuerzas existan; más probablemente en aquellos lugares donde esas fuerzas son mayores. Como las fuerzas electromagnéticas se propagan en forma de ondas, el fotón podrá ser encontrado con mayor probabilidad en lugares de interferencia constructiva de estas ondas y con menor o nula probabilidad en aquellos de interferencia destructiva. Esto, enalgunos fenómenos como la difracción, hace que su movimiento se confunda con el de una onda, pero el fotón siempre se manifiesta como una unidad indivisible y nunca en fracciones, ni repartido sobre la región ocupada por la onda electromagnética.
Los fotones se manifiestan como partículas, ya que concentran sus energías, sus movimientos y sus efectos en regiones definidas y separadas. En unafotografía producen marcas localizadas como si la energía de cada fotón, que transforma los cristales de la emulsión fotográfica estuviera concentrada en un pequeño paquete. De hecho, el primer paso de esta transformación es un choque entre un fotón y una partícula de carga eléctrica del cristal, un electrón, que se desprende de éste a consecuencia del impacto como si se tratara del choque de doscanicas. Este fenómeno, llamado "efecto fotoeléctrico", encuentra un gran empleo en la producción de corriente eléctrica por medio de luz en las llamadas "celdas fotoeléctricas" (Figura 1). Observando las trayectorias de los electrones que chocan con fotones se encuentra que estos choques ocurren exactamente como si electrón y fotón fueran dos bolas de billar; esto es, los ángulos de lastrayectorias y las energías de las dos partículas antes y después del choque son idénticas a las que tendrían dos bolas de billar microscópicas con las mismas energías (Figura 2). Este fenómeno, llamado efecto Compton, es el que mejor muestra al fotón como partícula en el sentido de una canica o de una bola de billar.

Figura 1. Los fotones de un haz luminoso arrancan cargas eléctricas de un metal...
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