Hur lång är en foton?

Svar av Per Delsing, professor i experimentell fysik, Chalmers

Svaret på din fråga är ja, en foton har en längd. För att resonera om detta behöver vi först påminna oss om vad en foton är och inte är. I pedagogiska bilder kan fotonen ritas som en liten kula – så handfast att det nästan verkar som att dess diameter skulle gå att mäta med ett mycket litet skjutmått. Men egentligen är fotonen ett paket av energi, ett energikvantum, som kan ha olika utbredning i olika riktningar. Fotonens längd kan därför definieras som längden hos det elektromagnetiska fält som härrör från fotonen.

Denna längd varierar beroende på hur fotonen har skapats. Ett enkelt exempel är en atom som absorberat en foton och kort därpå sänder ut denna energi i form av en ny foton. Den genomsnittliga tiden mellan dessa två händelser kallas relaxationstid. Längden på den nya fotonen, L, ges av ljushastigheten, c, gånger relaxationstiden som vi brukar kalla för T1, alltså L=c × T1. Om fotonen sänds ut från en ”långsam” atom med lång relaxationstid blir fotonen lång, om atomen har kort relaxationstid blir ­fotonen kortare. Som exempel kan vi ta väteatomen som vid vissa förutsättningar har en relaxationstid på 1,6 nanosekunder. Det ger en foton­längd på 3 × 10⁸ • 1,6 × 10^-9 = 48 centimeter.

Utöver denna längd i sin rörelseriktning så har fotonen även utbredning i andra dimensioner, men här finns inte utrymme för att närmare gå in på det.