Fotonen zijn een verschijningsvorm van elektromagnetische straling . Afhankelijk van de gebruikte meetopstelling zal straling (een vorm van energie) zich voordoen als golven of als een stroom van massaloze energiedeeltjes, fotonen. Ze worden doorgaans aangeduid met het symbool γ (de derde Griekse letter, gamma). Licht is niets anders is dan elektromagnetische straling met een energieniveau dat door bepaalde cellen in onze ogen geabsorbeerd kan worden. Licht bestaat dus ook uit fotonen.
Fotonen kunnen op verschillende manieren ontstaan. Zo zal binnen een atoom een elektron bij het terugvallen in een lagere energietoestand de resterende energie in de vorm van een foton uitzenden. Fotonen kunnen ook opgewekt worden uit nucleaire processen, kernsplijting en kernfusie. Ook bij de interactie tussen elementaire deeltjes of het spontane verval van één elementaire deeltje kan straling in de vorm van fotonen vrijkomen. Wanneer een elementair deeltje en zijn antideeltje botsen wordt zelfs alle massa omgezet in een energierijk foton. Elk elektromagnetisch veld dat in sterkte varieert produceert ook elektromagnetische straling.
In een vacuüm bewegen fotonen zich voort met de lichtsnelheid c, ongeveer 3 × 108 meter per seconde. Licht met frequentie f bestaat uit fotonen met energie E:
- E = h f
en impuls p: - p = h f / c
waar h de constante van Planck is (zie de dualiteit van golven en deeltjes). Terwijl fotonen zich door transparante media voortplanten, zullen ze vertragen naar gelang hun frequentie waardoor er refractie (breking) van het licht optreed. Het licht valt uiteen in verschillende frequenties en kleuren: een spectrum. Wetenschappers geloven dat fotonen fundamentele deeltjes zijn met een eindige energie op de lichtsnelheid maar met een rustmassa van nul.
Einsteins algemene relativiteitstheorie voorspelde dat de baan van fotonen door zwaartekracht wordt beïnvloedt. Dit was volstrekt in tegenspraak met de heersende opvattingen, maar werd spoedig bevestigd door waarnemingen.
Zie deeltjesfysica, optica en spectroscopie.
