El Fotón

La luz es un componente fundamental del mundo físico, no hay duda. Desentrañar su comportamiento es entender mejor el universo en el que vivimos.

La luz, y cualquier tipo de radiación, están compuestas por partículas elementales llamadas fotones que no evidencian ninguna estructura, no tienen partes, son fundamentales. Además no pueden estar en reposo, se mueven siempre a 300.000 Km/seg en el vacío. En medios materiales el fotón es absorbido y reemitido por los átomos de la materia y por tanto su velocidad es menor. Los fotones no tienen carga eléctrica y su masa es cero; sin embargo, transportan energía y cantidad de movimiento, por eso interactúan con las partículas cargadas.

Un bombillo de 100 vatios emite unos cien mil millones de millardos de fotones cada segundo. Por eso fue tan tardío el descubrimiento de que la luz no es continua y hasta comienzos del siglo XX se pensaba que era una onda electromagnética continua y no un enjambre de fotones individuales. La descripción ondulatoria explica algunas observaciones. Pero no todas. Cuidadosos experimentos revelaron la existencia de estos paquetes de energía. Por ejemplo el efecto fotoeléctrico en el que un haz de luz arranca electrones al incidir sobre un metal, no puede entenderse sin invocar la noción de fotón. Por la explicación de este fenómeno, Einstein se mereció el premio Nobel en 1921.

Lo único que puede distinguir a un fotón de otro, es su frecuencia y por tanto su energía. En los fotones de la luz visible la sensación de color está asociada a distintas frecuencias: mayores para los tonos azules y menores para los rojos. Si la frecuencia es menor aún, encontramos los fotones de la radiación infrarroja, microondas y de radio. Su energía es muy baja para activar nuestra retina y por eso no los vemos. Si la frecuencia es muy alta, tampoco activan nuestra retina. Son por ejemplo los fotones ultravioleta, de rayos X o fotones gamma, de altísimas energías.

Los fotones son las más numerosas de las partículas elementales conocidas. Por cada protón o electrón hay alrededor de mil millardos de fotones de origen cosmológico. Unos cuatrocientos de ellos de origen cosmológico están presentes en cada centímetro cúbico de nuestro universo.

Afortunadamente la física contemporánea comprende bastante bien a los fotones y sus interacciones con la materia. Gracias a los fotones y a esta comprensión podemos mirar mejor al universo.