Primero, comprendamos qué es un fotón. Se puede encontrar una respuesta precisa a esta pregunta en la teoría de la cuantificación del campo de radiación. Según esta teoría, el campo de radiación se puede considerar como una colección de osciladores armónicos independientes, cada uno de los cuales se caracteriza por k y alfa, donde k vector de onda y alfa denotan el estado de polarización. Según Planck, la energía de cada oscilador de radiación no es una cantidad arbitraria, sino que debe ser un múltiplo integral de hf, donde h es la constante de Planck yf es la frecuencia de radiación.
PAM Dirac propuso que las variables dinámicas canónicas de un oscilador de radiación se traten como operadores no conmutativos, al igual que x y p del oscilador armónico unidimensional se tratan en mecánica cuántica no relativista. Cuando estos osciladores de radiación fueron tratados mecánicamente cuánticamente, se descubrió que sus energías se cuantificaban. El cuanto de energía es h bar w, donde h bar es h / 2 pi yw = 2pi. Este cuántico de energía se llama fotón. El vector de onda k se identifica con el momento de fotón y se puede mostrar que alfa representa el estado de polarización.
Supongamos que un oscilador armónico está en el enésimo estado excitado, entonces podemos decir que es equivalente a la colección de n número de fotones cada uno con energía h bar w y momento k y polarización alfa. Si hay muchas ondas con diferentes w y k, tenemos un oscilador correspondiente a cada onda. Entonces, finalmente, la radiación puede verse como si fuera una colección de gran cantidad de fotones con diferentes energías, diferentes momentos, y cada uno con un espín también. La rotación de fotones es paralela o antiparalela a la dirección de propagación.
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En resumen, los fotones son excitaciones mecánicas cuánticas del campo de radiación.
Los componentes del espín del fotón a lo largo de la dirección de k son m = + _ 1. m = 0 estado está ausente. Esto tiene un significado invariable solo para una partícula de masa estrictamente igual a cero. Podemos mostrar que la masa en reposo del fotón es cero. Por lo tanto, el fotón no existe en un solo punto en reposo, por lo que no se plantea su energía concentrada en un solo punto.
