Il Fotone che "media"

In relazione al post "Elettro e Magnetismo", dove abbiamo definito l'interazione elettrica e quella magnetica, introduciamo ora la particella che, in un senso fisico ben definito, media tale interazione (vedi Wikipedia):
"Il fotone (dal greco φῶς gen. φωτός "phòs, photòs" che significa luce) è secondo il modello standard una particella elementare, quanto della radiazione elettromagnetica e mediatore dell'interazione elettromagnetica".

Inoltre "come per tutte le particelle elementari, la meccanica quantistica ne mostra il dualismo onda-particella e ne determina le proprietà intrinseche, quali carica elettrica nulla, massa invariante nulla e spin intero".

Nota: per una introduzione al comportamento duale delle particelle vedi il post "Il dualismo onda-particella".

In particolare si può mostrare che avendo "massa a riposo nulla, il fotone determina l'azione dell'interazione elettromagnetica a grande distanza, ciò che rende la propagazione del campo elettromagnetico osservabile su scala macroscopica".

Nota: inoltre come tutti i corpi di massa a riposo nulla, deve viaggiare alla velocità della luce (vedi il post "Massa a riposo 'nulla'!").

Si osservi anche che essendo una particella elementare, il fotone non ha bisogno di nessun supporto fisico per propagarsi nello spazio (come invece suppone il modello ondulatorio classico della radiazione elettromagnetica).

Nota: nella definizione generale (e formale) di onda non è necessario presupporre un mezzo di trasmissione affinché il fenomeno ondoso si propaghi nello spazio (vedi il post "Ma cos'è una 'onda'?").

Non è però possibile spiegare in modo intuitivo come lo scambio di fotoni virtuali tra particelle e campi possa produrre l'interazione elettromagnetica; in effetti il fotone stesso è un oggetto fisico complesso che per essere correttamente interpretato richiede la conoscenza di molti termini fisici che qui abbiamo solo enunciato, come ad esempio quelli di particella elementare, quanto di radiazione, mediatore di interazione, dualismo onda-particella, massa a riposo nulla, spin a valore intero, etc.

Nota: per approfondire il significato fisico di fotone vedi in particolare i due post "Effetto Compton: onda o particella?" e "Un effetto Foto-elettrico!".

Come abbiamo visto in questo post, e come vedremo in altri prossimi di questo blog, il significato fisico di molti termini scientifici non può essere dato a prescindere dalla conoscenza di diversi concetti fisici e dalla loro corretta interpretazione; sicuramente avremo modo di chiarire ed approfondire almeno alcuni dei termini qui citati nei prossimi post*.

(*) In ultima analisi un fotone è solo un nome per l'unità quantizzata di energia di un oscillatore armonico quantistico.