フォトンと量子の違い

光子と量子の違いは、光子が素粒子であるのに対し、量子は測定値であることです...。

光子と量子の決定的な違いは、光子が素粒子であるのに対し、量子は尺度であることです。

光子は素粒子であり、量子はエネルギーが蓄積された離散的なパケットである。光子と量子は、現代物理学において非常に重要な概念である。また、これらの概念は、量子物理学、量子化学、電磁気学、光学、素粒子物理学など、幅広い分野で応用されている。また、これらの概念は、レーザー、高解像度顕微鏡、分子距離測定、量子暗号、光化学など、多くの実用的なアプリケーションにおいても重要である。

カタログ

1. 概要と主な違い 2. 光子とは 3. 量子とは 4. 横並び比較 - 光子と量子を表形式で 5. まとめ

光子(フォトン)は何ですか？

フォトンは、下部構造を持たない素粒子です。素粒子は宇宙の構成要素であり、他のすべての粒子はこの素粒子からできている。フォトンは素粒子ボゾンのカテゴリーに属します。アインシュタインは、現代の光子という概念の生みの親である。彼はこの概念を使って、古典的な光波モデルとは矛盾する実験結果を説明したのである。

光子は静止質量がゼロの粒子ですが、相対論的な質量をもっています。しかも、電気を帯びていない。さらに、宇宙では自然減衰しない。しかも、宇宙では光速で移動する。ここで、Eはエネルギー、fは光子の周波数、hはプランク定数であり、E=hfで光子のエネルギーを求めることができる。また、この式は、光の速度をc、波長をλとすると、E=hc/λの形で与えることができる。

図01：電子が高いエネルギー準位から低いエネルギー準位に移動すると、光子が放出される（高い電圧エネルギーを持つ）。

また、光子は他の量子物体同様、波動的な性質と粒子的な性質を併せ持つ。この波動と粒子の2つの性質が、私たちが「光子の波動粒子二重性」と呼んでいる概念です。例えば、電荷が加速されるとき、分子、原子、原子核が低レベルに跳躍するとき、粒子とそれに対応する反粒子が消滅するときなど、多くの自然現象で光子が放出される。

量子は何ですか？

量子の語源はラテン語の "quantus "で、「どのくらい」という意味である。量子とは、エネルギーを蓄える「離散的なパケット」である。物質のエネルギーは連続的ではありません。つまり、エネルギーの伝達は一切不可能なのです。科学者たちは、エネルギーが量子化され、サイズhfの離散的な単位（またはパケット）で伝送されることを発見した。私たちは、エネルギーのひとつひとつのパケットを「量子」と呼んでいます。

図02：量子粒子を表す波束

例えば、光子は1つの光量子である。a quantumの複数形はa quantumです。マックス・プランクは、量子化の概念を発見した。彼はこの概念を用いて、加熱された物体の放射を説明し、私たちはこれを黒体放射と呼んでいる。