Lihat sumber bagi Foton

{{Infobox Particle
|bgcolour=
|name=Foton
|num_types=
|image=[[Fail:LASER.jpg|220px]]
|caption=Pancaran foton dari laser
|composition=[[Zarah asas]]
|statistics=[[Boson]]
|group=[[Boson tolok]]
|generation=
|interaction=[[Elektromagnet]], [[Daya nukleus lemah]], [[Graviti]]
|theorized=[[Albert Einstein]] (1905) <br> Nama "foton" diistilahkan oleh [[Gilbert N. Lewis]] (1926)
|discovered=
|symbol=γ
|mass={{nowrap|0 (nilai teori)}}<br>{{nowrap|&lt; {{val|1|e=-18|ul=eV/c2}} (had eksperimen)}}<ref name="Particle_table_2009">{{cite journal  |last=Amsler |first=C.  |display-authors=etal  |collaboration=[[Particle Data Group]]  |year=2008  |url=http://pdg.lbl.gov/2009/tables/rpp2009-sum-gauge-higgs-bosons.pdf  |title=Review of Particle Physics: Gauge and Higgs bosons  |journal=[[Physics Letters B]]  |volume=667 |issue=1 |page=1  |bibcode=2008PhLB..667....1A  |doi=10.1016/j.physletb.2008.07.018 }}</ref>
|mean_lifetime=Stabil<ref name="Particle_table_2009"/>
|decay_particle=
|electric_charge=0<br>{{nowrap|&lt; {{val|1|e=-35|ul=e}}}}<ref name="Particle_table_2009"/>
|color_charge=
|spin=1
|num_spin_states=
|parity=−1<ref name="Particle_table_2009"/>
|g_parity=
|c_parity=−1<ref name="Particle_table_2009"/>
|r_parity=
|condensed_symmetries=''[[Isospin lemah|I]]''(''[[Momentum sudut jumlah|J]]''<sup>''[[Pariti (fizik)|P]][[Pariti cas|C]]''</sup>)=0,1(1<sup>−−</sup>)<ref name="Particle_table_2009"/>
}}

{{Model piawai fizik zarah}}

'''Foton''' ([[Tulisan Jawi|Jawi]]: {{Script/Arabic|فوتون}}) di dalam [[fizik]] merujuk kepada [[zarah asas]] yang bertanggungjawab terhadap penghasilan semua fenomena elektromagnet. Zarah ini merupakan unit asas [[cahaya]] dan semua bentuk [[sinaran elektromagnet]], termasuk [[sinar gama]], [[sinar X]], [[sinar ultraungu]] (ultralembayung), [[spektrum nampak|cahaya tampak]], [[sinar inframerah]], [[mikrogelombang]] malah [[gelombang radio]]. Zarah ini berbeza jika dibandingkan dengan zarah-zarah yang lain seperti [[elektron]] dan [[kuark]] dari segi [[Jisim rehat|jisim rehatnya]], iaitu sifar.<ref>[http://www.desy.de/user/projects/Physics/ParticleAndNuclear/photon_mass.html ''What is the mass of a photon?''] '''(B. Inggeris)'''</ref> 

Oleh yang demikian, foton bergerak di dalam vakum dengan [[kelajuan cahaya]], <math>\, c</math>. Sama seperti semua [[kuantum]], foton memiliki sifat [[kembaran zarah-gelombang|kedualan zarah-gelombang]]. Sifat gelombang yang dimiliki foton boleh ditemui dengan mengkaji [[pembiasan]] foton oleh kanta dan [[Interferens (optik)|interferens memusnah]] apabila gelombang-gelombang yang dipantul saling membatalkan di antara satu sama lain. Sifat foton dari segi zarah pula ialah kebolehannya untuk bersalingtindak dengan jirim melalui pemindahan tenaga. Hal ini disimpulkan melalui [[persamaan Planck]] seperti berikut:
::<math>E = \frac{hc}{\lambda},</math>
dengan <math>\, E</math> ialah tenaga, <math>\, h</math> ialah [[pemalar Planck]], <math>\, \lambda</math> ialah jarak gelombang. Hal ini amat bertentangan dengan sifat gelombang klasik yang boleh kehilangan tenaga secara rambang. Bagi cahaya tampak, tenaga yang dibawa oleh satu unit foton ialah 4×10<sup>–19</sup> [[joule]]. Tenaga ini cukup untuk merangsang satu molekul di dalam sel optik pada bahagian [[mata]] sehingga membawa kepada kebolehan melihat.<ref>Vimal, R. L. P., Pokorny, J., Smith, V. C., & Shevell, S. K. (1989); [http://www.geocities.com/vri98/Vimal-foveal-cone-ratio-VR-1989 ''Foveal cone thresholds'']{{Pautan putus|date=Ogos 2021 |bot=InternetArchiveBot |fix-attempted=yes }}; Vision Res, 29(1), ms 61-78. '''(B. Inggeris)'''</ref>

Selain memiliki tenaga, satu unit foton turut mempunyai [[momentum]] dan [[pengkutuban]]. Foton mengikut hukum [[mekanik kuantum]] yang bererti bahawa semua sifat-sifat ini tidak mempunyai nilai yang jelas bagi satu-satu unit foton. Sebaliknya sifat-sifat ini ditentukan sebagai satu kebarangkalian untuk mengukur pengkutuban, kedudukan mahupun momentum tertentu. Sebagai contoh, walaupun foton boleh merangsang molekul, adalah mustahil untuk meramalkan molekul yang akan dirangsang.

Penghuraian foton di atas sebagai pembawa sinar elektromagnet sering digunakan oleh ahli-ahli fizik. Namun, dalam fizik teori, satu unit foton boleh dianggap sebagai ''orang tengah'' bagi semua jenis tindak balas elektromagnet termasuk di dalam medan magnet dan juga penolakan elektrostatik di antara cas-cas yang serupa.

== Sejarah ==
Konsep moden foton telah dibangunkan oleh [[Albert Einstein]] secara beransur-ansur dari tahun 1905 hingga ke 1917 untuk menjelaskan pemerhatian dalam uji kaji yang tidak padan dengan model cahaya dalam gelombang klasik. Ketidakpadanan ini terhasil terutamanya dalam model foton yang turut mengambil kira kebergantungan tenaga cahaya terhadap frekuensi dan menjelaskan keupayaan jirim dan sinaran untuk berada di dalam keseimbangan terma. Ahli-ahli fizik yang lain turut berusaha untuk menjelaskan pemerhatian janggal dalam model-model separa klasik yang masih menerangkan cahaya menggunakan [[persamaan Maxwell]] tetapi objek-objek berjirim yang memancar dan menyerap cahaya adalah boleh dikuantumkan. Walaupun model separa klasik ini menyumbang terhadap perkembangan mekanik kuantum, uji kaji lanjut yang dijalankan telah membuktikan hipotesis Einstein bahawa cahaya itu sendiri telah dikuantumkan dan kuantum-kuantum cahaya ialah foton.

== Aplikasi ==
Konsep foton ini telah membawa kepada penemuan-penemuan menakjubkan di dalam uji kaji dan teori fizik, seperti [[laser]], [[pemeluwapan Bose-Einstein]], [[teori medan kuantum]] dan tafsiran kebarangkalian bagi mekanik kuantum. Menurut model piawai dalam [[fizik zarah]], foton bertanggungjawab menghasilkan semua medan elektrik dan magnetik dan foton itu sendiri terhasil daripada hukum fizik yang memerlukan simetri tertentu pada setiap titik dalam ruangmasa. Sifat intrinsik foton seperti cas, jisim dan putaran adalah ditentukan oleh sifat ukuran simetri ini. Konsep foton digunapakai di dalam pelbagai bidang seperti [[fotokimia]], [[mikroskopi]] berpeleraian tinggi dan pengukuran jarak di antara molekul. Kebelakangan ini, foton telah dikaji sebagai unsur di dalam [[komputer kuantum]] dan juga perhubungan optik seperti [[kriptografi kuantum]].

== Tatanama ==
Foton pada asalnya dipanggil '''"kuantum cahaya"''' ([[Bahasa Jerman]]: ''das Lichtquant'') oleh Albert Einstein.<ref>[[Albert Einstein|Einstein, A.]] (1905); [http://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k2094597 ''Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt''] (terj. Satu model membina berhubung penciptaan dan perubahan cahaya). ''[[Annalen der Physik]]'' '''17''': ms 132-148. '''(b. Jerman)'''</ref> Nama moden foton berasal dari [[bahasa Yunani|perkataan Yunani]] untuk cahaya, ''{{polytonic|φῶς}}'', (disebut ''phôs''), dan direka pada tahun 1926 oleh ahli kimia fizikal [[Gilbert N. Lewis]] yang menerbitkan satu teori spekulatif<ref>[[Gilbert N. Lewis|Lewis, G. N.]] (1926) [http://www.nature.com/doifinder/10.1038/118874a0 ''The Conservation of Photons''] (terj. Keabadian Foton) Nature '''118''': ms 874 - 875. '''(b. Inggeris)'''</ref> yang mengatakan bahawa foton ''"tidak tercipta dan tidak termusnah"''. Walau bagaimanapun, teori beliau tidak diterima kerana bercanggah dengan banyak ujikaji seterusnya, nama barunya itu kekal digunapakai oleh banyak ahli fizik yang lain. [[Isaac Asimov]] menyatakan bahawa [[Arthur Compton]] ialah orang yang bertanggungjawab mentakrif ''kuantum cahaya'' sebagai ''foton'' pada tahun 1927.<ref>[[Isaac Asimov|Asimov, I.]] (1966) ''The Neutrino, Ghost Particle of the Atom.'' (terj. Neutrino, Zarah hantu di dalam atom); Doubleday. '''(b. Inggeris)'''</ref><ref>[[Isaac Asimov|Asimov, I.]] (1968) ''The Universe from flat earth to quasar'' (terj. Alam sejagat dari bumi rata ke quasar); Avin Books. '''(b. Inggeris)'''</ref>

Foton sering ditulis menggunakan simbol <math>\, \gamma</math> ([[gama]]). Di dalam fizik bertenaga tinggi simbol ini selalunya digunakan untuk foton daripada [[sinar gama]] yang memiliki tenaga tinggi (kuantum gama) manakala [[Sinar X|foton Rontgen]] di dalam cabang fizik ini diberikan simbol ''X'' (b. Inggeris: ''X-ray''). Foton turut ditakrif melalui tenaga yang dimilikinya dengan simbol <math>h \, \nu</math> atau <math>\hbar \omega</math>. Di sini <math>\, h</math> ialah pemalar Planck dan <math>\, \nu</math> ialah frekuensi cahaya, manakala dalam takrif kedua <math>\hbar = h / (2 \pi)</math> dan <math>\, \omega = 2 \pi \nu</math>, iaitu [[frekuensi sudut]].

== Sifat fizikal ==
[[Fail:Electron-positron-scattering.svg|220px|thumb|right|Sebuah gambarajah Feynman yang menunjukkan pertukaran satu foton maya (dilambangkan sebagai garis berombak dan satu gama, <math>\, \gamma</math>) di antara satu [[positron]] dan satu [[elektron]].]]
Foton tidak mempunyai jisim,<ref name="jisim">[http://www.desy.de/user/projects/Physics/ParticleAndNuclear/photon_mass.html ''What is the mass of a photon?''] '''(B. Inggeris)'''</ref> tidak mempunyai [[cas elektrik]]<ref name="cas">{{cite journal | last = Kobychev | first = V V | coauthors = Popov, S B | year = 2005 | title = Constraints on the photon charge from observations of extragalactic sources | journal = Astronomy Letters | volume = 31 | pages = 147–151|doi = 10.1134/1.1883345 }} '''(B. Inggeris)'''</ref> dan tidak reput secara spontan di dalam ruang kosong. Satu foton berkemungkinan memiliki dua keadaan [[pengkutuban]] dan diterangkan dengan tiga batas yang berterusan, iaitu komponen-komponen vektor gelombangnya yang menentukan jarak gelombang, <math>\, \lambda</math> dan arah perambatannya. Foton juga merupakan tolok boson bagi [[keelektromagnetan]]. Maka, semua nombor-nombor kuantum seperti nombor [[lepton]], nombor [[barion]] dan [[keanehan]] adalah sifar.

Foton-foton dipancar di dalam pelbagai proses semulajadi. Sebagai contoh, ketika cas dipecut, sewaktu perpindahan dari tahap molekul, atom mahupun nuklear ke tahap tenaga rendah, atau semasa zarah dan anti-zarah dimusnah. Foton diserap di dalam proses masa terbalik  yang bersangkutan dengan proses-proses yang dinyatakan sebelum ini. Sebagai contoh, pengeluaran pasangan zarah-anti-zarah atau pemindahan dari tahap molekul, atom dan nuklear ke tahap tenaga yang lebih tinggi.

Di dalam ruang kosong, foton bergerak dengan kelajuan cahaya, <math>\, c</math> momentum <math>\, p</math> dan tenaga <math>\, E</math> dan boleh diterangkan dengan persamaan <math>E = cp</math>. Sebagai perbandingan, persamaan yang sepadan dengannya untuk zarah-zarah dengan jisim <math>\, m</math> ialah 

:<math>E^{2} = c^{2} p^{2} + m^{2} c^{4}</math>

seperti yang digambarkan di dalam teori relativiti khas.

Tenaga dan momentum satu foton bergantung bukan sahaja pada [[frekuensi]]nya <math>\, \nu</math> atau setara dengannya, iaitu jarak gelombangnya <math>\, \lambda</math>

:<math>
E = \hbar\omega = h\nu = \frac{h c}{\lambda}
</math>

:<math>\mathbf{p} = \hbar\mathbf{k}</math>

dan akibatnya, magnitud momentum itu ialah

:<math>
p = \hbar k = \frac{h}{\lambda} = \frac{h\nu}{c}
</math>

dengan <math>\, \hbar = h/2\pi \!</math> (yang dikenali dengan nama [[pemalar Planck|pemalar Dirac atau pemalar terkurang Planck]]), '''<math>\, k </math>''' ialah [[vektor gelombang]] (dengan nombor gelombang <math>\, k = 2\pi/\lambda</math> seperti magnitudnya) dan <math>\, \omega = 2\pi\nu</math> ialah frekuensi sudutnya. '''<math>\, k </math>''' di sini merujuk kepada arah perambatan foton. Foton turut membawa momentum sudut bagi [[Spin (fizik)|spinnya]] yang tidak bergantung dengan frekuensinya. <ref name="putaran">Ahli fizik bernama Raman telah membuktikannya dalam satu ujikaji pada tahun [[1931]]. {{Citation | last = Raman  | first = C.V. | author-link = C. V. Raman | journal = Ind. Jour. Phy. | volume = 6 | pages = 353 | year = Oct. 1931 }} ; {{Citation | last = Raman  | first = C.V. | author-link = C. V. Raman |  journal = Nature | volume = 128 | pages = 576 and 727 | year = 1931 }} ; {{Citation | last = Raman  | first = C.V. | author-link = C. V. Raman | last2 = Bhagavantam | first2 = S. | journal = Nature | volume = 129 | pages = 22–23 | year = 1932 | url = http://www.nature.com/physics/looking-back/raman2/index.html | doi = 10.1038/129022a0 | title = Experimental Proof of the Spin of the Photon. }}. '''(B. Inggeris)'''</ref> Magnitud spinnya ialah<math>\, \sqrt{2} \hbar </math> dan komponen itu diukur sepanjang arah pergerakannya, iaitu  [[keheliksan (fizik)|keheliksannya]], ialah <math>\, \pm\hbar</math>. Kedua-dua keheliksan ini  secocok dengan dua keadaan [[pengkutuban membulat]] (tangan kanan dan kiri) foton itu.

Untuk menggambarkan kepentingan rumus-rumus ini, pemusnahan zarah dan anti-zarah harus mengakibatkan terciptanya sekurang-kurangnya dua foton di atas sebab-sebab berikut. Di dalam rangka pusat jisim, anti-zarah-anti-zarah yang berlanggar tidak memiliki momentum bersih, manakala satu foton sentiasa memiliki momentum. Maka, keabadian momentum memerlukan sekurang-kurangnya dua  foton dicipta dengan nilai momentum bersih ialah sifar. Tenaga kedua-dua foton ini, atau pada masa yang sama frekuensinya, boleh ditentukan daripada keabadian momentum tersebut. Dilihat dari sudut lain, foton boleh dianggap sebagai anti-zarahnya sendiri. Satu proses yang terbalik, iaitu pengeluaran pasangan, ialah satu mekanisme, yang menonjol, yang menyebabkan foton-foton bertenaga tinggi seperti sinar gama kehilangan tenaga sewaktu melepasi jirim.

Rumus-rumus klasik tenaga dan momentum sinaran elektromagnet juga boleh dijelaskan dengan mengunakan acara-acara foton. Sebagai contoh, tekanan sinar daripada sinar elektromagnet ke atas satu objek sebenarnya berasal daripada perpindahan momentum foton seunit masa dan seunit luas objek tersebut, memandangkan tekanan ialah daya se unit luas dan daya itu sendiri ialah perubahan momentum seunit masa.

== Lihat juga ==
* [[Cahaya]]
* [[Fotonik]]
* [[Optoelektronik]]

== Nota kaki ==
{{reflist}}

{{Zarah}}

[[Kategori:Elektromagnetisme]]
[[Kategori:Konsep fizik asas]]
[[Kategori:Optik]]
[[Kategori:Zarah subatom]]