光子

光子（Photon）是一種基本粒子，是電磁輻射的量子。在量子場論里是負責傳遞電磁力的力載子。這種作用力的效應在微觀層次或宏觀層次都可以很容易地觀察到，因為光子的靜止質量為零[注 1]，它可以移動至很遠距離，這也意味着它在真空中的傳播速度是光速。如同其它微觀粒子，光子具有波粒二象性，能夠展現出波動性與粒子性。例如，它能在雙縫實驗裡展示出波動性，也能在光電效應實驗裡展示出粒子性。

目錄

由來

阿爾伯特·愛因斯坦在1905年至1917年間發展出光子的現代概念，這是為了解釋一些與光的古典波動模型不相符合的實驗結果。當時被普遍接受的經典電磁理論，儘管能夠論述關於光是電磁波的概念，但是無法正確解釋黑體輻射與光電效應等實驗現象。半古典理論在麥克斯韋方程組的框架下將物質吸收光和發射光所涉及的能量量子化，而行進的光波仍采古典方法處理；如此可對黑體輻射的實驗結果做出合理解釋。愛因斯坦的主張與普朗克的半古典理論明顯不同，他提出光本身就是量子化的概念，當時愛因斯坦稱之為「光量子」（英語：light quantum）[6]。1926年，美國物理化學家吉爾伯特·路易斯正式提出「光子（photon）」的命名。[7][8] 雖然半古典理論對於量子力學的初始發展做出重大貢獻，從於1923年觀測到的電子對於單獨光子的康普頓散射開始，更多的實驗證據使愛因斯坦光量子假說得到充分證實。由於這關鍵發現，愛因斯坦於1921年獲頒諾貝爾物理學獎[11]。

價值

光子的概念帶動了實驗和理論物理學在多個領域的巨大進展，例如激光、玻色-愛因斯坦凝聚、量子場論、量子力學的統計詮釋、量子光學和量子計算等。在物理學外的其他領域裡，這概念也找到很多重要應用，如光化學、高分辨顯微術，以及分子間距測量等。在當代相關研究中，光子是研究量子計算機的基本元素，也在複雜的光通信技術，例如量子密碼學等領域有重要的研究價值。

根據粒子物理的標準模型，光子的存在可以滿足物理定律在時空內每一點具有特定對稱性的理論要求。這種對稱性稱為規範對稱性，它可以決定光子的內秉屬性，例如質量、電荷、自旋等[4]:358ff。光子的自旋為1，因此是玻色子，不遵守泡利不相容原理。