Photon là gì? Những ứng dụng trong công nghệ của photon
Photon là gì?
Trong vật lý photon (tiếng Việt đọc là Phô tông hay Phô tôn) là một hạt cơ bản, đồng thời là hạt lượng tử của trường điện từ và ánh sáng cũng như mọi dạng bức xạ điện từ khác. Nó cũng là hạt tải lực của lực điện từ. Các hiệu ứng của lực điện từ có thể dễ dàng quan sát ở cả thang vi mô và vĩ mô do photon không có khối lượng nghỉ; và điều này cũng cho phép các tương tác cơ bản xảy ra được ở những khoảng cách rất lớn.
Cũng giống như mọi hạt cơ bản khác, photon được miêu tả bởi cơ học lượng tử và biểu hiện lưỡng tính sóng hạt - chúng thể hiện các tính chất giống như của cả sóng và hạt. Ví dụ, một hạt photon có thể bị khúc xạ bởi một thấu kính hoặc thể hiện sự giao thoa giữa các sóng, nhưng nó cũng biểu hiện như một hạt khi chúng ta thực hiện phép đo định lượng về động lượng của nó.
Photon là hạt lượng tử của trường điện từ
Khái niệm photon đã dẫn đến những phát triển vượt bậc trong vật lý lý thuyết cũng như thực nghiệm, như laser ngưng tụ Bose - Einstein, lý thuyết trường lượng tử, và cách giải thích theo xác suất của cơ học lượng tử. Nó đã được áp dụng cho các lĩnh vực như quang hóa học (photochemistry) kính hiển vi có độ phân giải cao và các phép đo khoảng cách giữa các phân tử.
Hiện nay, photon được nghiên cứu như một trong những phần tử của các máy tính lượng tử và cho những ứng dụng phức tạp trong thông tin quang như mật mã lượng tử (quantum cryptograpy).
Ứng dụng của photon công nghệ
Photon có nhiều ứng dụng trong công nghệ Những ví dụ dưới đây để minh họa các ứng dụng dựa trên tính chất của photon hơn là đối với thiết bị quang học nói chung như cho thấu kính, mà có thể giải thích theo lý thuyết cổ điển về ánh sáng.
Laser là một ứng dụng cực kỳ quan trọng và đã được mô tả ở trên với phát xạ kích thích
Photon ứng dụng trong tia laser
Có một vài phương pháp để xác định được từng photon độc thân. Các ống nhân quang điện hoạt động dựa trên hiệu ứng quang điện: một photon chạm vào bề mặt kim loại và một electron bị bật ra, làm khởi phát một luồng khổng lồ các electron trong ống nhân quang điện.
Các chip CCD sử dụng hiệu ứng tương tự trên chất bán dẫn: một photon tới làm sinh ra điện tích trên một tụ điện vi mô và từ đó có thể ghi lại được. Các thiết bị dò khác như máy đếm Geiger sử dụng khả năng photon gây ion hóa các phân tử khí, dẫn đến hình thành dòng điện mà máy đo được.
Các kĩ sư và nhà hóa học thường sử dụng công thức Planck E=hnu nhằm tính toán sự thay đổi năng lượng từ sự hấp thụ một photon và tiên đoán tần số ánh sáng phát ra đối với quá trình chuyển dịch năng lượng cụ thể. Ví dụ, phổ phát xạ của đèn huỳnh quang có thể tinh chỉnh bằng sử dụng các phân tử khí có mức năng lượng điện tử khác nhau và điều chỉnh năng lượng điển hình cho electron khiến phân tử khí hấp thụ nó trong bóng đèn
Phổ phát xạ của đèn huỳnh quang
Dưới một số điều kiện, phải "hai" photon mới làm xảy ra sự chuyển dịch năng lượng hơn là một photon. Đây là nguyên lý cho các kính hiển vi độ phân giải cao, bởi vì các mẫu quan sát chỉ hấp thụ năng lượng trong vùng có hai chùm sáng khác màu chồng lên nhau, đồng thời cho phép thể tích bị kích thích (vùng cần quan sát) nhỏ hơn nếu chỉ dùng một chùm sáng (kính hiển vi kích thích trạng thái bởi hai photon). Quan trọng nữa là, các photon này ít gây phá hủy mẫu vật hơn do chúng mang năng lượng thấp hơn.
Trong vài trường hợp, hai quá trình chuyển dịch năng lượng cũng có thể xảy ra cho hai hệ, khi một hệ hấp thụ một photon, một hệ khác gần nó "cướp" năng lượng kích thích và tái phát ra một photon với tần số khác biệt. Đây chính là cơ chế của hiện tượng truyền năng lượng cộng hưởng huỳnh quang, một kĩ thuật sử dụng trong sinh học phân tử nhằm nghiên cứu các protein thích hợp.
Một vài phần cứng phát số ngẫu nhiên đòi hỏi sự xác định được một photon độc thân. Ví dụ, mỗi bit trong dãy ngẫu nhiên được tạo ra bằng cách gửi một photon đến bộ tách chùm. Trong tình huống này, có hai kết quả khả dĩ với xác suất bằng nhau xảy ra. Kết quả thực tế được sử dụng nhằm xác định bit tiếp theo trong dãy là "0" hay "1".
Công nghệ này gọi là quang tử học.
- Tại sao chúng ta nghe âm thanh rõ hơn khi trời lạnh, mưa hoặc có... (Thứ tư, 21:11:04 25/11/2020)
- 1001 thắc mắc: Tầng khí quyển trong suốt sao nhìn bầu trời... (Chủ nhật, 19:30:03 02/08/2020)
- Liệu vật chất tối có phải nguyên nhân khiến khủng long tuyệt... (Thứ bảy, 18:30:04 01/08/2020)
- Sự cố và tác hại gây ra bởi tĩnh điện và các biện pháp... (Thứ sáu, 07:00:01 31/07/2020)
- Chứng minh sự tồn tại của ánh sáng siêu lỏng (Thứ năm, 15:53:00 08/03/2018)
- MIT đột phá về chip lượng tử ánh sáng (Thứ năm, 14:32:04 08/03/2018)
- Vật lý lượng tử có thể chứng minh có kiếp sau? (Thứ tư, 09:57:08 07/03/2018)
- Vật lý lượng tử chứng minh được "cõi âm" tồn tại (Thứ Ba, 16:04:06 06/03/2018)
- Giả lập các hiện tượng vật lý phức tạp trong vật lý... (Thứ sáu, 16:38:06 02/03/2018)
- Các nhà vật lý ép ánh sáng đến giới hạn lượng tử (Thứ sáu, 16:33:06 02/03/2018)
- Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn ngưng gội đầu trong vòng một năm?
- 7 thảm họa thiên nhiên có thể sắp xảy ra
- Sự thật về chế độ máy bay và 20 bí mật về điện thoại của bạn
- 7 bí ẩn trên Trái đất đã khiến khoa học đau đầu cả nghìn năm qua mà vẫn chưa có lời giải
- Các nhà thiên văn học bó tay trước sự tồn tại của hành tinh này
-
Cơ hội hiếm hoi quan sát hành tinh màu xanh da trời vài ngày tới
Thứ tư, 20:00:08 20/01/2021
-
EU cho hay: "Sâu bột an toàn, người có thể ăn được"
Thứ Ba, 23:30:06 19/10/2021
-
Hệ sao kỳ quái chưa từng thấy cách Trái đất 1.800 năm ánh sáng
Thứ Ba, 22:50:01 19/01/2021
-
Loài người có thể đơn độc trong vũ trụ
Thứ Ba, 22:35:08 19/01/2021
-
Chuyện về con nhện đi săn nhện: Thạo binh pháp như "Gia Cát Lượng", đầy mưu hèn kế bẩn để săn mồi bằng mọi giá
Thứ Ba, 21:27:05 19/01/2021
-
Bức thư tiết lộ những năm cuối đời đầy đau đớn của Napoléon
Thứ năm, 21:35:06 14/01/2021
-
Tàu chở hàng SpaceX lần đầu tự động tách khỏi trạm ISS
Thứ năm, 21:16:07 14/01/2021
-
Phát hiện chuẩn tinh cách Trái đất hơn 13 tỷ năm ánh sáng
Thứ năm, 20:45:09 14/01/2021