【量子光学】光子とはなにか?

この記事は約2分で読めます。

 量子光学や非線形光学を学ぶにあたって、よく聞くワードが「光子」という言葉だ。光子と聞いて、それが具体的に何をさすのか私はイメージがわかず、当然目で直接見ることもできないので、数式や原理は学べど、なぞは深まるばかりであった。

 このままでは学んだことも数カ月の短期記憶になってしまうと思い、私への備忘録的な意味で「光子とはなにか?」を初学者でも何となくイメージがつかめるようにまとめてみた。

「光子」とはなにか?

 「光子」は光の子と書いて、光子だ。その名前から想像できるように光子とは光の粒なのである。では、その光と粒とはいったい何であろうか?

 これを理解するには実は光が波動性と粒子性を持つということを理解しなくてはならない。これは調べればいくらでもわかりやすい解説がたくさん落ちているので、簡単に説明すると、歴史的に長い間、「光は波である(波動性)」という説明であらゆる光の現象が説明できていた。しかし、光を波であるとした場合では説明できない現象が存在することがわかり、これを説明するために「光は粒である(粒子性)」という概念が導入され、これが「光子」である。

 つまり、光子とは光が波であるとしただけでは説明がつかなかった現象を説明するために取り入れられた概念なのである。

もう少し具体的に光子とは?

 光子という概念がどのように生まれたかは上記で説明したので、もう少し現実世界に次元を落として光子という存在について説明する。

 物体の最小単位は何だったのか覚えているだろうか?電子や原子核、さらに陽子や中性子だったことを覚えているだろうか?

 光子もそれと同じ考え方をする。つまり、光子は光の最小単位である。例えば、光源があったとして、その光を極限まで減衰させたあとに、物凄く感度が良いディテクター(光検出器)でエネルギーを検知したら、そのエネルギーは実は飛び飛びの数(離散的)なのだ。この飛び飛びの一個一個が「光子」なのである。

 

最後に

 簡単に「光子とは何ぞや?」ということをテーマに言葉で説明をしてみた。教科書や論文では当たり前のように「光子(photon)」というワードが使われ、当たり前のように読みスルーしていたが、実際に「光子って何?」と聞かれた際に「そういや光子ってなんだ?(なにそれ美味しいの?)」という状態だったので、自分への備忘録としてまとめてみた。

 誰かの役に立てば幸いです。

0

コメント

タイトルとURLをコピーしました