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{{sem-fontes|data=junho de 2010}}
{{ver desambiguação}}
O {{PEPB|fotão|fóton}} é a [[partícula elementar]] mediadora da [[força eletromagnética]]. O fóton também é o [[Teoria dos quanta|quantum]] da [[radiação eletromagnética]] (incluindo a [[luz]]). O termo fóton foi cunhado por Gilbert N. Lewis em 1926<ref>[http://www.nobeliefs.com/photon.htm]. The origin of the word "photon"</ref>. Fótons são [[bósons]] e possuem [[Spin]] igual a um. A troca de fótons  (virtuais<sup>[[Fotão#1|1]]</sup>) entre as partículas como os [[elétron]]s e os [[próton]]s é descrita pela [[eletrodinâmica quântica]], a qual é a parte mais antiga do [[Modelo Padrão]] da [[física de partículas]]. Ele interage com os elétrons e [[núcleo atômico]] sendo responsável por muitas das propriedades da matéria, tais como a existência e estabilidades dos [[átomos]], [[moléculas]], e [[sólido]]s.

Em alguns aspectos um fóton atua como uma [[partícula]], por exemplo quando registrado por um mecanismo sensível à luz como uma [[câmera]]. Em outras ocasiões, um fóton se comporta como uma onda, tal como quando passa através de uma lente ótica. De acordo com  a conhecida [[Dualidade onda-corpúsculo|dualidade partícula-onda]] da [[mecânica quântica]], é natural para um fóton apresentar ambos aspectos na sua natureza, de acordo com as circunstâncias que se encontra. Normalmente, a luz é formada por um grande número de fótons, tendo a sua [[intensidade]] ou [[intensidade|brilho]] ligada ao número deles. Para baixas intensidades, são necessários equipamentos muito sensíveis, como os usados em [[astronomia]], para detectar fótons individuais.

== Símbolo ==
Um fóton é usualmente representado pelo símbolo <math>\gamma</math> ([[gama]]), embora em  [[física de altas-energias]] este símbolo se refira a fótons de energias extremamente altas (um [[raio gama]]).

== Propriedades ==

Os fótons são comumente associados com a [[luz visível]], o que só é verdade para uma parte muito limitada do [[espectro eletromagnético]]. Toda a [[radiação eletromagnética]] é [[quantização (física)|quantizada]] em fótons: isto é, a menor porção de radiação eletromagnética que pode existir é um fóton, qualquer que seja seu [[comprimento de onda]], [[frequência]], [[energia]] ou [[momento]]. Fótons são [[Partícula elementar|partículas fundamentais]] que podem ser criados e destruídos quando interagem com outras partículas, mas é conhecido que decaiam por contra própria. {{carece de fontes|data=Dezembro de 2008}}

Diferente da maioria das partículas, fótons não tem uma massa intrínseca detectável, ou "massa restante" (que se opõem a [[massa relativística]]).  Fótons estão sempre se movendo a velocidade da luz (a qual varia de acordo com o meio no qual ela viaja) em relação a todos os observadores. A despeito da sua ausência de massa, fótons têm um momento proporcional a sua frequência (ou inversamente proporcional ao seu [[comprimento de onda]]), e seu momento pode ser transferido quando um fóton colide com a matéria (como uma [[bola de bilhar]] em movimento transfere seu momento para outra bola). Isto é conhecido como [[pressão de radiação]] a qual deve ser algum dia usada como propulsão como um [[veleiro solar]].

Fótons são desviados por um [[campo gravitacional]] duas vezes mais que as predições da mecânica Newtoniana predisse para uma [[massa]] viajando a velocidade da luz com o mesmo momento de um fóton. Esta observação é comumente citada como uma evidência que daria suporte a [[relatividade geral]], uma [[teoria]] da [[gravidade]] de muito sucesso publicada em [[1915]] por [[Albert Einstein]]. Na relatividade geral, os fótons sempre viajam a velocidade da luz em uma linha "reta", depois de se levar em conta a curvatura do espaço-tempo.  (Em um espaço curvo, isto é chamado de [[geodésica]]).

=== Criação ===

Fótons são produzidos por [[átomo]]s quando um elétron de [[valência]] move-se de um [[Orbital atômico|orbital]] para outro orbital com (menos ou mais) energia negativa.  Fótons também podem ser emitidos por um [[núcleo atômico|núcleo]] instável quando este decai por algum tipo de [[decaimento nuclear]].  Além disto, fótons são produzidos sempre que [[partícula carregada|partículas carregadas]] são aceleradas.

Átomos continuamente emitem fótons devido suas [[colisão|colisões]] mútuas. A [[distribuição de probabilidade|distribuição]] do [[comprimento de onda]] destes fótons portanto está relacionada a sua [[Temperatura termodinâmica|temperatura absoluta]] (usualmente em [[Kelvin]]).  A [[distribuição de Maxwell-Boltzmann]] prevê a [[Probabilidade|possibilidade]] de um fóton possuir um determinado comprimento de onda ao ser emitido por uma coleção de átomos a uma dada [[temperatura]]. O [[espectro eletromagnético|espectro]] de tais fótons normalmente se encontra entre a faixa da [[micro-onda]] e do [[infravermelho]], mas objetos aquecidos irão emitir [[Espectro visível|luz visível]] também.

[[Rádio]], [[televisão]], [[radar]] e outros tipos de [[transmissor]]es usados para [[telecomunicação]] e [[monitoramento remoto]] rotineiramente criam uma extensa variedade de fótons de baixa-energia pela [[oscilação]] de [[Campo eléctrico|campos elétricos]] em [[condutor elétrico|condutores]]. [[Magnetrons]] emitem fótons [[monocromáticos|coerente]] usado em [[forno micro-ondas|fornos micro-onda]]. [[tubo Klystron|Tubos Klystron]] são usados quando as emissões de micro-onda devem ser mais precisamente controladas. [[Masers]] e [[laser]] criam fótons monocromáticos por [[emissão estimulada]]. Fótons mais energéticos podem ser criados por [[física nuclear|decaimento nuclear]], [[física particular|aniquilação partícula-antipartícula]], e [[física de particulas|colisão de partículas de alta energia]].

=== Spin ===
Os fótons tem [[spin]] 1 e são, portanto, classificados como [[bósons]]. Os fótons são os mediadores dos campos eletromagnéticos. Por isto,  eles são as partículas que possibilitam que outras partículas interajam com outras partículas eletromagnéticas e com campos eletromagnéticos, por isto eles são também conhecidos como [[bóson de calibre]]. Em geral, um bóson com spin 1 deveria possuir três projeções de spin distintas (-1, 0 e 1). Contudo, a projeção zero requer um referencial aonde o fóton esteja em repouso. Devido a sua massa de repouso ser zero, tal referencial não existe, de acordo com a [[teoria da relatividade]]. Então os fótons no vácuo sempre viajam a [[velocidade da luz]], e mostram somente duas projeções de spin, correspondendo as duas [[polarização|polarizações]] circulares opostas. Por causa de sua massa intrínseca zero, fótons são consequentemente sempre polarizados transversalmente, da mesma forma que as ondas eletromagnéticas o são, no espaço vazio.

=== Estado quântico ===

A [[luz]] visível do Sol, ou de uma lâmpada, é comumente uma mistura de muitos fótons de diferentes comprimentos de onda. Uma visão deste [[espectro de frequência]], pode ser obtida por exemplo pela passagem da luz por um [[prisma (óptico)|prisma]]. Neste co-denominado "estado misto", que estas fontes tendem a produzir, a luz se constitui de fótons em [[equilíbrio térmico]] (também denominado de [[radiação de corpo negro]]). Onde eles são de muita forma, semelhantes às partículas de um [[gás]]. Por exemplo, eles exercem pressão, conhecida como [[pressão de radiação]], na qual (em parte) origina a aparência dos cometas quando eles estão viajando próximos ao Sol.

Por outro lado, um arranjo de fótons também pode existir em estados muito mais bem organizados. Por exemplo, nos denominados [[estado coerente|estados coerentes]], descreve-se uma luz coerente como as emitidas por um [[laser]] ideal. O alto grau de precisão obtido com instrumentos a laser advém desta organização.

=== Absorção molecular ===

Uma [[molécula]] típica, <math>M</math>, possui vários [[nível de energia|níveis de energia]] diferentes. Quando uma molécula absorve um fóton, sua energia aumenta em uma quantidade igual à da energia do fóton. A molécula então entra em um [[estado excitado]], <math>M^* \,</math>.

:<math>M + \gamma \to M^* \,</math>

== Fótons no vácuo ==

No espaço vazio, conhecido como [[vácuo]] perfeito, todos os fótons se movem a [[velocidade da luz]], ''c'', determinada como sendo igual a 299 792 458 metros por segundo, ou aproximadamente 3×10<sup>8</sup>&nbsp; m&nbsp; s<sup>−1</sup>. O [[metro]] é ''[[definido]]'' como a distância percorrida pela luz no vácuo em 1/299 792 458 de um [[segundo]], como a velocidade da luz não oferece qualquer [[incerteza]] experimental, diferente do metro ou do segundo, tanto que confiamos no segundo sendo definido por meio de um [[relógio atômico|relógio muito preciso]].

Segundo um [[princípio]] da [[relatividade restrita]] de Einstein, todas as [[observação|observações]] da velocidade da luz no vácuo são as mesmas para todas as direções e para qualquer observador em um [[referencial inercial]].  Este princípio é geralmente aceito na [[física]] desde que muitas consequências práticas para as [[física de alta energia|partículas de alta-energia]] tem sido observadas.

== Fótons na matéria ==

Quando fótons passam através de [[material]], tal como num [[prisma (ótico)|prisma]], frequências diferentes são transmitidas em velocidades diferentes. Isto é chamado de [[refração]] e resulta na [[Dispersão (óptica)|dispersão]] das cores, onde fótons de diferentes frequências saem em diferentes ângulos. Um fenômeno similar ocorre na [[reflexão (física)|reflexão]] onde superfícies podem refletir fótons de várias frequências em diferentes ângulos.
 
A [[velocidade de grupo|relação de dispersão]] associada para fótons é uma relação entre a [[frequência]], ''f'', e comprimento de onda, λ. ou, equivalentemente, entre sua [[energia]], ''E'', e [[momento]], ''p''. Isto é simples no vácuo, desde que a velocidade da onda, ''v'', é dada por
:<math>v=\lambda f = c\,</math>

As relações quânticas do fóton são: 

:<math>E=hf \,</math> and <math>p=h/\lambda \,</math>

Onde ''h'' é [[constante de Planck]]. Então nós podemos escrever esta relação como:

:<math>E=pc \,</math>

que é característica de uma partícula de massa zero. Desta forma vemos como a notável constante de Planck relaciona os aspectos de onda e partícula.

Em um material, um par de fótons para a excitação do meio e comportamento diferente. Estas [[excitação|excitações]] podem ser frequentemente descritas como [[quase-partícula]]s (tais como [[fóno]]s e [[exciton]]s); isto é, como onda [[quantizadas]] ou entidades quase-partículas  propagando-se através da matéria. O "Acoplamento" significa que os fótons podem transformar nesta excitação (isto é, o fóton são absorvidos e o meio excitado, envolvendo  a criação das quase-partículas) e vice-versa (as quase-partículas transformam-se de volta em um fóton, ou o meio relaxa pela re-emissão de energia na forma de fótons).  Contudo , como estas transformações são as únicas possíveis, eles não estão ligados para acontecer e o que realmente propaga-se através do meio é uma [[polarização]]; isto é, uma [[superposição quântica|superposição quântica-mecânica]] da energia quântica iniciada em um fóton e de uma excitação de uma quase partícula material.

De acordo com as regras da mecânica quântica, uma [[medição]] (aqui: na observação é que acontece a polarização) quebra a superposição; isto é, o quantum é absorvido pelo meio e permanece lá (como acontece em um meio opaco) ou re-emerge como um fóton da superfície para o espaço (como acontece em um meio transparente).

Excitações na material tem uma dispersão [[não-linear]]; isto é; seu momento não é proporcional a sua energia. Portanto, estas partículas se propagam mais devagar do que a velocidade da luz no vácuo. (A velocidade de propagação é a derivada da relação dispersão com seu respectivo momento.) Esta é a razão formal porque a luz é mais lenta em um meio (tal como o vidro) do que no vácuo. (A razão da [[difração]] pode ser deduzida disto pelo [[princípio de Huygens]].) Outro meio de explicar isto é dizer que o fóton, por começar a se misturar com o meio excitado para forma a polarização, adquire um [[efeito de massa]], o que significa que ele não pode viajar a ''c'', a velocidade da luz no vácuo.

Os quanta (plural de ''quantum'') virtuais são partículas hipotéticas trocadas entre partículas carregadas. Se são partículas verdadeiras ou não é um assunto sujeito a uma certa controvérsia. Supõe-se que efeitos como o [[efeito Casimir]] sejam provas evidentes da existência de fotões virtuais, embora essa hipótese não seja totalmente aceita.{{carece de fontes|data=Dezembro de 2008}}

{{Ref-section}}

== Ver também ==
* [[Efeito Cherenkov]]
* [[Efeito Compton]]
* [[Efeito fotoeléctrico|Efeito fotoelétrico]]
* [[Fotónica]]
* [[Óptica]]
* [[Partícula elementar]]

{{Partículas elementares}}
{{Energias fisico-químicas}}

{{DEFAULTSORT:Foton}}

[[Categoria:Óptica]]
[[Categoria:Bósons]]
[[Categoria:Eletromagnetismo]]

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