Experiența lui Bothe confirmă cel mai direct ipoteza lui Einstein despre cuantele de lumină.
În acest experiment, o folie de metal subțire F a fost fixată între două contoare G1 și G2 cu acțiune rapidă (Figura 4). Folia a fost iradiată cu un fascicul slab de radiație X de raze X. Sub acțiunea căruia ea însăși a devenit sursa radiației cu raze X. Datorită intensității foarte slabe a fasciculului primar, numărul de canale emise de folie a fost destul de mic.
Dacă energia acestei radiații sa propagat sub forma undelor sferice, atunci ambele contoare ar trebui să funcționeze simultan. Cu toate acestea, experiența a arătat că contoarele au reacționat destul de independent unul de celălalt, iar numărul de coincidențe nu a depășit numărul estimat de coincidențe aleatorii. Totul sa întâmplat ca și cum radiația foliei F propagată sub formă de canale separate, care ar putea cădea în unul sau altul.
Acest lucru poate fi explicat numai prin faptul că, în anumite evenimente emițătoare, sunt produse quanta radiații, i. E. particule care zboară într-o direcție sau în cealaltă. Bineînțeles, s-au luat măsuri de precauție care, ca urmare a iradierii primare, folia a emis electroni. Pentru a exclude această fereastră, contoarele au fost atât de groase încât au reușit să absoarbă acești electroni și să excludă influența acestora asupra rezultatelor experimentului.
Astfel, existența unor quanta electromagnetice speciale sau a fotonilor a fost demonstrată experimental. așa cum au fost mai târziu chemați.
Fotonii. Experimentele de mai sus și o serie de alții au confirmat ipoteza lui Einstein asupra cuantelor de lumină - fotoni cu toată convingerea.
Lumina frecvenței ω de Einstein este în esență fluxul de fotoni cu energie. Lumina se propagă într-un vid cu o viteză c. Deci, cu aceeași viteză, s-au răspândit și fotoni. Conform teoriei relativității, energia totală E a oricărei particule care se mișcă cu viteza v. este definit ca
În cazul unui foton, v = c. și numitorul acestei expresii dispare. Pentru un foton care are o energie finită, acest lucru este posibil numai în condiția m = 0.
Astfel, avem de-a face cu o particulă a cărei masă de odihnă este zero.
Folosind conexiunea dintre energia E și impulsul p al particulelor în mișcare, adică,
ajungem la concluzia că fotonul (m = 0) are nu numai energie, ci și impuls
()
Raportul ω / c = 2 π ν / c = 2 π / λ = k. unde k este numărul de undă și apoi () ia forma.
Astfel, un foton ca particulă are energie și impuls. Scriind impulsul în forma vectorială, obținem în cele din urmă pentru energia și impulsul foton următoarele expresii:
unde k este vectorul de undă al cărui modul este k = 2 π / λ.
Frecvența ω și vectorul de unde k caracterizează proprietățile de undă ale luminii monocromatice, în timp ce energia ε și impulsul p sunt corpusculare.
Trebuie să fim atenți la faptul că obiectul cu care ne-am familiarizat, fotonul, ca particulă, are proprietăți foarte specifice. El nu are masa (odihnă), iar singura lui stare este mișcarea cu viteza limită c. la fel în toate cadrele de referință. Nu există un sistem de referință în care să se odihnească. Un foton în repaus este un concept lipsit de semnificație fizică. O încercare de a opri un foton sau de a schimba direcția mișcării sale echivalează cu distrugerea acestuia. O expresie cum ar fi „foton este împrăștiată de o astfel de particulă“ este utilizat pe scară largă, dar numai în măsura în care nu contravine luarea în considerare a unor fenomene din punct de vedere energetic, și numai.
În ciuda acestor "ciudățenii", fotonul este încă convenabil să ia în considerare aceleași poziții ca și particulele care au o masă. Trebuie subliniat în mod special faptul că fotonul nu arată ca o particulă obișnuită, doar unele proprietăți ale unui foton seamănă cu proprietățile unei particule.