ישנם שני סוגי חלקיקים בוזונים ופרמיונים.
 
בוזונים הנם חלקיקים שהתנע הזוויתי הפנימי שלהם ("ספין") הוא מספר שלם.
פרמיונים הם חלקיקים שהתנע הזוויתי הפנימי שלהם ("ספין") הוא מספר שאינו שלם שלם; לאלקטרון למשל יש ספין של 1/2.
 
הפוטון הוא חלקיק יסוד בוזוני בעל ספין 1 והוא הנשא או המתווך של הכוח האלקטרומגנטי.
מסת הנוחה של החלקיק היא אפס ולכן הוא החלקיק היחיד שנע במהירות האור.


התמונה נלקחה מויקיפדיה

מאת: ד"ר מאיר ברק
המחלקה לביולוגיה מבנית
מכון ויצמן למדע

הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

9 תגובות

  • חיים ולצר

    עקרונות לתיאוריה מאוחדת משמעות פוטון

    האם תיאור פוטון כפי שמופיע בהמשך אפשרי
    עקרונות לתיאוריה מאוחדת
    על מנת לתת התרשמות עקרונית לרעיונות המתפתחים במהלך הפרק, רוכזו עיקרי הדברים במספר מצומצם של סעיפים.
    1 – אופי של גל אלקטרומגנטי
    2 – בועה אלקטרומגנטית
    3 – אופי המרחב
    4 – אופי פרוטון ונויטרון
    5 – אופי אלקטרון
    6 – הסבר אפשרי לתופעות שונות
    אופי של גל אלקטרומגנטי
    חוקי מקסוול טוענים שגל אלקטרומגנטי מורכב משדה חשמלי סינוסי הניצב לשדה מגנטי סינוסי והתופעה מתקדמת במרחב בקו ישר ובמהירות האור.
    תיאור זה מתאים למערכת החשמל המופקת על ידי האדם ומשרתת אותו בחיי היום יום, או לתיאור גלי רדיו, אולם כאמור ייתכנו גם אפשריות שונות. קיימת אפשרות על פיה, גל אלקטרומגנטי מורכב במציאות, מפולס צר מאוד { פוטון}, של שדה חשמלי אשר מעורר בניצב לו, פולס צר של שדה מגנטי, אשר מעורר פולס שדה חשמלי וחוזר חלילה. מאחר והמהירות המרבית של התפשטות תופעות בטבע, מוגבלת למהירות האור, תהיה השהיה קלה בין הפולס החשמלי לבין הפולס המגנטי אותו הוא יוצר והשהיה זו תסיט את הפולס המגנטי ביחס לניצב הפולס החשמלי. השהיה נוספת דומה תהיה בין הפולס החשמלי הנוצר בעקבות הפולס המגנטי, השהיה אשר תסיט את הפולס החשמלי הבא, ביחס לפולס המגנטי היוצר אותו וביחס לפולס החשמלי הקודם.
    כתוצאה מהשעיות הפולסים הללו תתחיל לנוע במרחב קרן אלקטרומגנטית בתנועה בורגית סביב לציר התנועה והתיאור של הגל האלקטרומגנטי לפי מקסוול הוא למעשה חתך אנכי של הגל המקורי. על פי תיאור זה ניתן להבין כיצד יכול גל אלקטרומגנטי לנוע במרחב בעוד שלפי התיאור המקובל לא ניתן להבין כיצד יכול סינוס של שדה חשמלי הניצב לסינוס של שדה מגנטי, להשרות את עצמו במרחב. פוטון הוא קטע בעל אורך נתון של גל אלקטרומגנטי. אורך הגל הוא אורך פלאנק ( שהוא המידה של בועה מרחבית אשר תידון בהמשך ). בכל פוטון יש מספר של פולסים אלקטרומגנטיים. בתדר יחסי נמוך של גל, מספר הפולסים בכל פוטון הוא קטן והמרחק ביניהם גדול יחסית.( נוצר מרווח ריק בין הפולסים). כאשר תדר הגל או האנרגיה שלו גדלים הדבר מתבטא בצורה של הגדלת מספר הפולסים של הגלים האלקטרומגנטיים, (פולס חשמלי אשר יוצר פולס מגנטי). ככל שהתדר או האנרגיה של הגל עולים, מתמלאים הרווחים שבין הפולסים, בפולסים נוספים, דבר שמתבטא בצורת ( קוונטום ) הגדלת תדר ואנרגיה של הפוטון . ראה ציטוט # 1 כאשר התדר של הגל מתקרב לסדרי גודל של תדירות פלנק, ההפרש בין המרחקים של הפולסים החשמליים והמגנטיים מתקצר, הם מתקרבים זה לזה ומתחילים לדחוק את עצמם, הסטייה של הגל מקו ישר גדלה והולכת והגל מתחיל ליצור תנועה מעגלית ברדיוס קטן והולך ככל שהאנרגיה גבוהה יותר. עוצמה של גל ותדר של גל פועלים בהתאמה. ככל שהתדר עולה נוצרים יותר פולסים עם רווחים ביניהם, ככל שהעוצמה גדלה, נוצרים יותר פולסים בין הרווחים של התדר.
    ככל שעוצמת הגל גדלה, היחס הישיר בין תדר הגל המקורי לבין העוצמה שלו גורם לסטייה גדולה יותר של הגל מקו ישר וליצירת בועה אלקטרומגנטית קטנה יותר בעלת אנרגיה גדולה יותר. ראה ציטוט # 2 מכאן יכולה לנבוע מסקנה מעניינת: לכמות האנרגיה של פוטון יש גבול עליון של ייתכנות בטבע אותה נכנה בהמשך בועה מרחבית. ציטוט # 1 { הרעיון כי האור נישא במנות בדידות, כלומר באמצעות פוטונים, פותח על ידי אלברט איינשטיין החל מ-1905.[5] איינשטיין פירש את הנוסחה שהציע מקס פלאנק על מנת להסביר את הספקטרום של קרינת גוף שחור:
    E = hν
    כאשר h הוא קבוע פלאנק. איינשטיין זיהה את E עם אנרגיית קוונט אחד של קרינה אלקטרומגנטית, שלימים נקרא פוטון, ואת ν עם תדר הקרינה.
    ציטוט מוויקיפדיה ערך פוטון } ציטוט #2 {בפיזיקה, קוונטום (ברבים: קוונטה) הוא הכמות המינימלית של ישות פיזיקלית כלשהי באינטראקציה. ביסודו של המונח עומד הרעיון שגודל פיזיקלי (לדוגמה אנרגיה, תנע, וכו') עשוי לקבל את ערכו רק מתוך קבוצה בת מנייה של ערכים. הנחה זו נקראת "הנחת הקוונטיזציה", ואומרים אז שהגודל מקוונטט.[1]
    לדוגמה, פוטון הוא קוונטום בודד של אור, ומתייחסים אליו כמנת אור בדידה. כמו כן, האנרגיה של אלקטרון שקשור לאטום היא מקוונטטת, מה שגורם ליציבות האטום.
    רעיון הקווינטוט מהווה אחד הבסיסים של מכניקת הקוונטים הנקראת על שמו, ונדרשת על מנת לתאר את העולם בקני מידה קטנים מאוד קנה מידה של חלקיקים. ציטוט מוויקיפדיה ערך קוונטום } ציטוט # 3 ערכים מעניינים שונים (רדיוס הגרעין הוא בסדר גודל של פרמי 10^-15‎ מטר, לעומת רדיוס האטום, הנמדד בסדרי גודל של אנגסטרום ‎10^-10‎ מטר. למעשה רוב נפחו של היקום הוא ריק, וכך גם לגביי העצמים אותם אנו חשים כבעלי נפח, הם למעשה ריקים ביותר מ-13 סדרי גודל מהנפח הכולל.) ציטוט מהאינטרנט אורך פלאנק 1.61624^-35 m ציטוט מהאינטרנט תדירות פלאנק 1.61624x10^43 hz ציטוט מהאינטרנט סוף ציטוט בועה אלקטרומגנטית
    התיאור של גלים אלקטרומגנטיים הנעים בקו ישר מתאים לתדרים נמוכים יחסית עד סביבות HZ 10^24. במציאות יכולים להתקיים גלים בתדרים גבוהים בהרבה.
    ברגע שגל אלקטרומגנטי מגיע לתדר גבוה מאוד הוא איננו יכול להמשיך לנוע בקו ישר. מרחב הבועות אשר יידון בהמשך מתקשה לשמר את התנועה של הגל וגורם לגל המקורי לסטייה. בעקבות הסטייה מתחיל הגל האלקטרומגנטי לנוע במרחב בצורה השואפת ליצור תנועה מעגלית אשר בסופה הוא ננעל על עצמו בצורה של כדור מרחבי המכיל מספר מסלולים של הקרן אשר נעה גם בתנועה בורגית, בהיקף הכדור. את הכדור הנוצר ניתן לדמות לדמותו של קיפוד מכודרר.
    הקוצים של הקיפוד מסמנים את הפולסים החשמליים של הכדור לדוגמה ואילו הפולסים המגנטיים מציינים את גופו של הקיפוד או את מעטפת העור של גופו. אופי המרחב
    המרחב מורכב ממטריצה מרחבית של בועות אלקטרומגנטיות זעירות, אנרגטיות מאוד, אשר מסונכרנות ביניהן, ובמרחב זה מתקיימות כל התופעות הפיזיקליות המוכרות, בצורה של תופעות אלקטרומגנטיות מסוגים שונים כפי שמפורט במהלך הפרק. הבועות של המרחב מורכבות מגל הנעול על עצמו בצורה מרחבית של הספרה 8 .
    צורה זו מינימלית באורך, סימטרית מכל הכוונים ויכולה להסביר את התכונה האיזוטרופית של המרחב.
    קוטרן של הבועות המרחביות שווה לאורך פלנק והתדירות שלהן אמורה להיות תדירות פלנק. מאחר ובועה מרחבית הנה בגודל מינימלי אפשרי ייתכן מצב שבו הבועות המרחביות הן הצורה האנרגטית הנקודתית הגבוהה ביותר האפשרית בטבע. קיימת אפשרות לפיה האנרגיה של בועה מרחבית היא הגבול של קיום חור שחור וכל אנרגיה מעבר לערך זה חייבת להיפלט למרחב . בועה מרחבית יכולה לנעול כל פעם קטע של גל אלקטרומגנטי, באורך של קוטר הבועה, ולהעביר אותו הלאה כפוטון של אנרגיה.
    פוטונים יכולים להיות בקטע באורך מסויים אולם האנרגיה שלהם תלויה בצפיפות של הפולסים החשמליים והמגנטיים המרכיבים אותם. כאשר בועה אלקטרומגנטית מרחבית מעבירה תופעה של הפרעה אנרגטית ב 180 מעלות, תנוע ההפרעה במהירות האור ובערכים קוונטיים כפי שמוסבר במהלך הפרק. אופי של פרוטון ונויטרון
    פרוטון ונויטרון הם למעשה בועה אלקטרומגנטית אשר מכילה מספר משתנה של קטעי גלים אלקטרומגנטיים הנעים בהיקף הבועה.
    הגל האלקטרומגנטי נעול על עצמו כאשר סופו של המחזור מחובר לתחילתו של הגל הראשון .
    הגל האלקטרומגנטי אשר נע בהיקף הכדור שומר גם על תנועה בורגית סביב לציר התנועה ותופעה זו גורמת לכך שבחלק מהמעגלים יופנו כלפי חוץ קוצים של שדה חשמלי חיובי אשר יפורשו כפרוטונים ובחלק אחר יהיו מעורבים קוצים חשמליים ומגנטיים או מגנטים בלבד, אשר יהיו ניטרליים מבחינה חשמלית ויפורשו כנויטרונים.
    העלייה האנרגטית של הגרעין המורכב מפרוטונים ונויטרונים יכולה להתבצע בקפיצות של קטע גל היקפי שלם בלבד דבר המשנה את תכולת הגרעין ביחידות שלמות של פרוטונים או נויטרונים ומסביר גם את היציבות של הגרעין. ציטוט # 4
    (רדיוס הגרעין הוא בסדר גודל של פרמי 10^-15‎ מטר, לעומת רדיוס האטום, הנמדד בסדרי גודל של אנגסטרום ‎10^-10‎ מטר. למעשה רוב נפחו של היקום הוא ריק, וכך גם לגביי העצמים אותם אנו חשים כבעלי נפח, הם למעשה ריקים ביותר מ-13 סדרי גודל מהנפח הכולל.) ציטוט מהאינטרנט
    ( אורך פלנק 1.61624^-35 m) ציטוט מהאינטרנט המשמעות היא שהאטום במרחב מכסה כמות גדולה מאוד של בועות אלקטרומגנטיות מרחביות. אופי של אלקטרון
    בדומה לגרעין של האטום גם האלקטרון הוא תופעה של כדור אלקטרומגנטי שבו נעה קרן אלקטרומגנטית נעולה, במספר משתנה של היקפים סביב לכדור.
    המסלולים השונים של הקרן אשר שומרת גם על תנועה בורגית, יוצרים זוויות מרחביות שונות אשר ננעלות על גלי הגרעין אשר יוצרים אורביטלים ממשיים שונים, עליהם מסונכרנת תנועת האלקטרון.
    גם בכדור זה אשר קוטרו גדול יותר מזה של הגרעין, ולכן גם האנרגיה שלו נמוכה יותר, יכולה האנרגיה להשתנות בקפיצות של קטעים אלקטרומגנטיים שלמים בלבד.
    שינויים אלו החלים בכדור האלקטרוני משנים את הסידור המרחבי של הקרניים סביב לכדור וגורמים לאלקטרון לחפש מסלול חדש סביב לגרעין אשר יתאים לצורה החדשה שלו.
    האנרגיה הדרושה ליצור גל היקפי חדש בכדור האלקטרומגנטי של האלקטרון, היא אנרגיה של פוטון ובערך נמוך יותר מפוטון של הגרעין, והיא גם משתחררת כאשר האלקטרון משנה מסלול ופולט את אחד הגלים היקפיים. מסקנות ראשוניות
    תופעה דומה לאופי האלקטרומגנטי הכדורי, יכולה להתרחש גם בגרעין של אטומים כבדים. כאשר משתחרר קטע אלקטרומגנטי של גרעין, כמו באלמנט רדיואקטיבי, משתחרר פוטון עם כמות גדולה של אנרגיה המאפיינת את גלי הגרעין. ניתוח מתאים של המבנה האלקטרומגנטי של הגרעין, סביר שיגלה גם את מספר האלקטרונים האפשריים בכל קליפה וקליפה נתונה.
    מספר הגלים ההיקפיים של כל אטום בטבלה המחזורית, יחסי למשקל האטומי המבדיל ביניהם כאשר הבדלים קטנים כלפי מעלה או מטה, יכולים לבטא איזוטופים שונים של כל אטום.
    תאורטית יכול להתקיים מצב בו קיימים אלקטרונים בעלי ספין חלקי או הפוך המתאימים את עצמם למצבי הגרעין השונים.
    תאורטית יכול להתקיים מצב מקביל של גרעינים שליליים ואלקטרונים חיוביים המתאימים את עצמם לאורביטלים הממשיים של הגרעין. תאורטית יכול להתקיים מצב שבו שילובים שונים של גלי הגרעין הם אשר מבטאים את תכונות הקוורקים. ( הכוונה היא שקטעים שונים של גרעין האטום יכולים להיות בעלי אופי שונה של קטעים אלקטרומגנטיים. התנועה הבורגית של כלל הקטעים בגרעין יוצרת אורביטלים בעלי אופי שונה ואורביטלים ממשיים אלו יוצרים חלקי חומר בעלי אופי שונה). לסיכום
    מרחב הבנוי ממטריצת בועות אלקטרומגנטיות המסונכרנות ביניהן, יכול להוות בסיס לאיחוד כל התופעות המוכרות. על פי תפיסה זו, כל תופעות החומר הן בועות אלקטרומגנטיות בעלות מספר שונה של קטעי גלים אלקטרומגנטיים הנעים בהיקף הגרעין ושומרים גם על תנועה בורגית. התנועה הבורגית של הגלים בהיקף, יוצרת אורביטלים בעלי סידור שונה של קוצים חשמליים ומגנטיים עליהם מסונכרנים אלקטרונים בעלי סידור קוצים מתאים. על פי תפיסה זו כל תופעות האנרגיה הם מקטעים של גלים אלקטרומגנטיים המצויים ונעים במרחב הבועות הכללי תוך יצירת אינטראקציה עם חלקיקי חומר המצויים בדרכם. בניגוד לתפיסה לפיה נוצר החומר בתהליך המפץ הגדול ושומר על תכולת האנרגיה המקורית, הרי שעל פי תפיסת מרחב הבועות, החומר עצמו הוא תהליך דינאמי אשר שואב את תכולת האנרגיה שלו מתוך מרחב הבועות, תוך שנוי פאזה בצורה ריבועית ביחס לירידת המרחק ממרכז המסה.
    מרחב הבועות הוא אשר מבצע את כל הקשרים בין חלקי החומר, בצורה של חילופי אנרגיה אלקטרומגנטית. בהסתמך על מה שנאמר עד כה אפשר לשער ש: יתכן כי בתהליך המפץ הגדול, נוצר כל החומר והאנטי חומר שביקום. חלקיקים מנוגדים אלו דוחים האחד את השני וכתוצאה מכך מורכב מרכז היקום מאנטי חומר כאשר החומר שונה ממנו בפאזה. חלקיקים אלו דוחים האחד את השני וגורמים להתרחקות של החומר ממרכז היקום לעבר המעטפת.
    התנודות בין החומר לאנטי חומר גורמות לקיום של מטריצת הבועות האלקטרומגנטיות המרחבית ולאספקת האנרגיה הדרושה לקיום התופעות השונות ביקום.
    בניגוד לקצב השנויים המוגבל למהירות האור, הסנכרון של שדה הבועות המרחבי גורם להתרחשות בו זמנית של שנויים לאורך קווי השדה המרחבי, דבר היכול להסביר התרחשות תופעות מרוחקות, באופן בו זמני, במרחקים גדולים זה מזה, ללא קשר למהירות האור. אם ברצוננו לחפש קשרים בין חלקים מרוחקים של היקום: (סט"י) במקום לחפש שנויים באמפליטודה של הגלים האלקטרומגנטיים הנעים במרחב במהירות האור, עלינו לחפש שנויים בפאזה של גלים אלו, שנויים המתרחשים בו זמנית בקווי אורך מרוחקים זה מזה ומאפשרים על ידי כך יצירת קשר מידי בין חלקי יקום שונים.

  • חיים ברזלי

    ההסבר על הפוטון

    רשום מסת הנוחה האם הכוונה למסת המנוחה ?

  • Ben-Zion Bar-Ami

    פוטונים

    האם אפשר לשלוח או לשדר פוטונים? האם הפוטונים יכולים לחדור מצד אחד של כדור הארץ לצד השני דרך הכדור עצמו ולא דרך האויר? האם גם דרך חלל האויר?

  • מאיר ברק

    תשובה

    חלקיקים בעלי ספין שלם קרויים בוזונים (Bosons).

    החלקיקים הנושאים את הכוח ע"פ המודל הסטנדרטי הם כולם בוזונים:

    פוטון: ספין 1, נושא את הכוח האלקטרומגנטי.
    גרביטון: ספין 2, נושא את כוח הכבידה (חלקיק זה עדיין לא הוכח וקיים רק בתיאוריה).
    גלואון: ספין 1, נושא את הכוח הגרעיני החזק.
    בוזוני W, Z: בעלי ספין 1, נושאים את הכוח הגרעיני החלש.

    הפוטון ובוזוני Z ו W הם חלקיקי נושאי כוח ולכולם ספין "1" אך כל אחד מהם נושא סוג אחר של כוח לכן השאלה שלך מקבילה בערך לשאלה הבאה "דשא הוא ירוק יותר או גבוה יותר" המדדים שלהם שונים ולכן אין חפיפה בין הסקאלות.

    פוטון ניתן לתיאור על ידי 3 משתנים שקובעים את אורך הגל ואת כיוון ההתפשטות שלו. אורך הגל בתורו קובע את האנרגיה והתנע של הפוטון.

  • מאיר ברק

    לפוטונים אין מסת מנוחה

    כפי שכתוב בתשובה- לפוטונים אין מסת מנוחה ולכן הם נעים במהירות האור.
    מצד שני הם יכולים לנוע במהירות האור בלבד ולא בשום מהירות פחותה מכך.

  • מאיר ברק

  • עוז

    תוספת

    גם אטומי הליום יכולים לנוע במהירות האור בתור קרינת אלפא, לא?

  • עוז

  • עידית

    פוטונים

    אז איך מסווגים את ה-W וה-Z בסקאלה של הפוטון?
    וחוץ מהספין במה שונים סוגי הפוטון? עידית.