Foton: Pengertian – Sifat dan Fenomenanya

Pada pembahasan kali ini kita akan membahas mengenai foton, berikut pembahasannya.

Pengertian Foton

Foton adalah partikel dasar (elementer) pada gelombang elektromagnetik. Dalam Fisika partikel, partikel dasar didefinisikan sebagai partikel yang belum diketahui penyusunnya, apakah partikel tersebut memiliki partikel lain yang menyusunnya atau tidak.

Sehingga, foton disebut sebagai elemen terkecil dari gelombang elektromagnetik sebagaimana quark adalah elemen terkecil, dari yang terkecil, dari sebuah material.

Karena foton merupakan bagian dari gelombang elektromagnetik, maka ia juga memiliki sifat gelombang selain sifat partikel. Inilah yang menyebabkan gelombang elektromagnetik memiliki dualisme sifat sebagai gelombang dan partikel.

Foton berinteraksi dengan material lain hanya dengan memindahkan energi sejumlah E yang bersatuan Joule (J) maupun elektronvolt (eV). Besarnya energi tersebut hanya bergantung pada frekuensi foton (f).

E = h.f

yang mana
E = energi foton 
h = konstanta Planck 6,626x10-34 J.det
f = frekuensi gelombang elektromagnetik dalam Hz

Dalam Kimia dan rekayasa optik, besaran frekuensi pada formula energi foton jarang menggunakan simbol f, tetapi menggunakan simbol v. Namun definisi formula tetap sama.

E = h.v

yang mana
v = frekuensi gelombang elektromagnetik dalam Hz

Selain energi, foton juga membawa momentum. Besarnya momentum foton dirumuskan dengan :

p = h/λ

yang mana
p = momentum foton dalam kg.m/det
λ = panjang gelombang elektromagnetik dalam m

Sifat Foton

Sebagai partikel penyusun, foton memiliki sifat-sifat unik yang perlu diketahui.

• Foton tidak memiliki massa (m=0).
• Foton tidak memiliki muatan, berbeda dengan elektron dan proton.
• Foton dapat berinteraksi dengan partikel lain.
• Foton dapat diciptakan dan dapat dimusnahkan.
• Foton tidak meluruh secara spontan di ruang hampa. Inilah yang menyebabkan kita masih bisa melihat cahaya di ruang hampa.
• Pada saat di ruang hampa tersebut, foton bergerak dengan kecepatan cahaya (3×10⁸ m/det).
• Namun apabila melewati media lain, seperti air, kecepatan foton menurun menjadi hanya tiga perempat dari kecepatan cahaya.
• Sifat sebelumnya menjadi menarik karena ternyata kecepatan foton dapat diperlambat bahkan dipercepat. Sebagaimana yang terjadi dalam pembuatan materi BSE (Bose-Einstein Condensate) dan peristiwa cahaya biru dalam reaktor nuklir.

Fenomena Perlambatan dan Percepatan Foton

Fenomena Bose-Einstein Condensate

Bose-Einstein Condensate atau BSE merupakan wujud materi yang diciptakan oleh Eric Cornell dan Carl Weiman pada sekitar tahun 1955. Sebagaimana yang kita ketahui di dunia ini terdapat macam wujud materi seperti padat, cair, gas, dan plasma. BSE merupakan wujud materi yang baru.

Dalam percobaannya, Eric Cornell dan Carl Weiman mendinginkan sampel dari rubidium hingga mendekati suhu mutlak yakni 0 K. Karena temperatur yang terbilang sangat rendah, moleku-molekul materi tersebut berada pada kedudukan nyaris diam sehingga nyaris tidak ada energi kinetik yang dipindahkan antar atom.

Pada keadaan tersebut, atom-atom membentuk gumpalan secara bersamaan sehingga terlihat seperti sebuah ‘super atom’. Apabila cahaya dilewatkan pada materi yang berwujud seperti ini, hamburan cahaya tadi memiliki kecepatan yang lebih kecil dari cahaya datangnya (cahaya mengalami perlambatan), bahkan bisa mencapai 17 m/det saja.

Fenomena Blue Glow

Blue Glow atau Cahaya Biru adalah sebutan dari Radiasi Cherenkov yang ditemukan dalam reaktor nuklir, dimana partikel bermuatan ditembakkan dengan kecepatan yang sangat tinggi dalam medium dielektrik (sejenis bahan isolator listrik yang dapat dikutubkan) sehingga timbul keadaan dasar/keadaan dengan energi terendah (vakum).

Karena keadaan dapat dikatakan vakum itulah muncul sebuah fenomena radiasi. Radiasi tersebut memancarkan cahaya berwarna biru yang selanjutnya dikenal dengan blue glow yang kecepatannya melebihi kecepatan cahaya. Penemuan ini dicetuskan oleh ilmuwan Rusia, Pavel Alekseyevich Cherenkov.