Photonen (von griechisch φῶς phōs „Licht“; Einzahl „das Photon“, Betonung auf der ersten Silbe), auch Lichtquanten oder Lichtteilchen, sind anschaulich gesagt die Energie-„Pakete“, aus denen elektromagnetische Strahlung besteht. Physikalisch wird das Photon als Austauschteilchen betrachtet. Nach der Quantenelektrodynamik gehört es als Vermittler der elektromagnetischen Wechselwirkung zu den Eichbosonen und ist somit ein Elementarteilchen. Das Photon hat keine Masse,[Anm. 1] aber eine Energie und einen Impuls – die beide proportional zu seiner Frequenz sind – sowie einen Drehimpuls. Ist sein Aufenthalt auf ein System mit endlichem Volumen beschränkt, liefert es proportional zu seiner Energie einen Beitrag zur Masse des Systems – weiterlesen im Wikipedia.
Kristallisierende Photonen — wenn aus Licht Materie wird.
Die Wechselwirkung zwischen Atomen und Photonen (Lichtteilchen) wird schon lange erforscht. Doch erst seit wenigen Jahren lässt sich diese sehr genau steuern. Die Ergebnisse sind faszinierend. Insbesondere kann man Atome verwenden, um eine starke Wechselwirkung zwischen Photonen herbeizuführen. Als Vielteilchensystem ist eine Ansammlung von wechselwirkenden Photonen ein hochinteressantes Forschungsobjekt, dessen Untersuchung erst an der Oberfläche einer komplexen und neuen Phänomenologie kratzt. Und tatsächlich: Unter bestimmten Bedingungen kristallisieren Photonen – Licht wird quasi zu Materie.
Albert Einstein erklärte 1905 den photoelektrischen Effekt: Licht besteht aus einzelnen Korpuskeln (sogenannten Photonen), die jeweils gegen einzelne Elektronen stoßen und diese stufenweise anregen. Licht, also elektromagnetische Wellen, kann sich demnach auch wie Teilchen verhalten. Der Welle-Teilchen-Dualismus fand hier seinen Anfang und wurde erst sehr viel später durch die Quantentheorie aufgelöst. Möchte man aus Licht Materie schaffen, steht man vor zwei Hindernissen: 1. Die Photonen haben keine Masse und können verschwinden, das heißt deren Anzahl ist selbst bei den niedrigsten Energien nicht erhalten. 2. Die Photonen wechselwirken nicht miteinander. Die Möglichkeit, Lichtteilchen anhand dieser beiden Eigenschaften zu versehen, ist extrem interessant sowohl für die Untersuchung fundamentaler Fragen der Vielteilchenphysik als auch für die Entwicklung von (Quanten-)Technologien, insbesondere im Bereich der Kommunikation und Signalverarbeitung – weiterlesen.
Zerfall von Photonen nicht ausgeschlossen.
Gemäß dem heutigen Verständnis der elektromagnetischen Kraft ist das Photon, also das Lichtquant, masselos. Dies ist aber von der Theorie keinesfalls vorgeschrieben: Photonen könnten auch eine sehr kleine Masse haben und möglicherweise sogar in noch leichtere Teilchen zerfallen. Julian Heeck vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg untersuchte die kosmische Hintergrundstrahlung und fand heraus, dass die Daten mit der These von massebehafteten Photonen mit einer begrenzten Lebensdauer vereinbar sind. Aus vergangenen Experimenten ist bekannt, dass die Ruhemasse des Photons, wenn sie tatsächlich existiert, weniger als × 10-54 Kilogramm betragen muss. Dieser Wert ist selbst in der Elementarteilchenphysik winzig – er entspricht nach der Masse-Energie-Äquivalenz einer Energie von etwa einem Attoelektronvolt, also 10-18 eV. Übliche Photonenenergien sind erheblich größer: Ein sichtbares Photon weist eine Energie von rund 1 eV auf, Radiostrahlung besteht aus Photonen im Bereich von 10-9 eV – weiterlesen.
