In den Artikeln „Sonnenenergie“ und „Tachyonen“ wurden unter anderem sogenannte Photonen angesprochen, die auch als Lichtteilchen bezeichnet werden und in diesem Beitrag näher erläutert werden sollen.

Photonen sind in der Quantenphysik masselose, diskrete und elektrisch ungeladene Elementarteilchen des Lichts und bewegen sich dementsprechend mit Lichtgeschwindigkeit. Der Begriff Photon stammt aus dem Griechischen, phōtos: „Licht“, und bekam als physikalisches Formelsymbol den griechischen Kleinbuchstaben γ (Gamma) zugewiesen. Als kleinste unteilbare Energiepartikel – in der Physik auch Bosonen genannt − besitzen sie quantenmechanisch betrachtet sowohl Teilchen- als auch Wellencharakter und bilden somit die elektromagnetische Strahlung.

Diese Energieobjekte sind demnach an allen im Zusammenhang mit dem Licht und der Strahlung auftretenden Naturgesetzen und Phänomenen grundlegend beteiligt. So entstehen zum Beispiel Regenbögen, wenn die Photonen der weißen Sonnenstrahlung mit den Wassertropfen des Regens interagieren und dort einerseits gebrochen (Wellenverhalten) und andererseits reflektiert werden (Teilchenverhalten). Aufgrund dieses Teilchen- / Welle-Dualismus werden sie in der Kernphysik daher auch als (Licht-)Quanten bezeichnet. Das Licht als ein aus Photonen bestehender Strom repräsentiert also sowohl einen Lichtstrahl als auch eine Lichtwelle.

Die Lichtgeschwindigkeit (physikalisches Formelzeichen c von lat. celeritas: „Schnelligkeit“) bezeichnet die Geschwindigkeit des Lichts, mit der es sich im Vakuum, das heißt im idealen luftleeren Raum über eine bestimmte Länge bzw. Strecke pro Zeit ausbreitet. Diese fundamentale Naturkonstante, mit der sich ein Photon im materiefreien Raum und damit pro Zeiteinheit maximal fortbewegen kann, beträgt gemäß des internationalen Einheitensystems (SI, frz. Système international d’unites) exakt 299.792.458 Meter pro Sekunde.

In einem beliebigen Medium ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts oder von Wellen (Elektromagnetismus, Gravitation) nach der speziellen Relativitätstheorie von Albert Einstein aus dem Jahr 1905 dagegen aufgrund der auftretenden Widerstände infolge gasförmiger, fluider oder fester Partikel entsprechend geringer. Ebenso bewegen sich Teilchen mit einer Masse > 0 langsamer. Die in einem Photon enthaltene Energie E kann durch den folgenden formelmäßigen Zusammenhang dargestellt werden:

E = h · ν = (h · c) / λ

Dabei bezeichnet h das sogenannte Plancksche Wirkungsquantum (eine weitere physikalische Konstante), ν die Frequenz des Lichts, λ die Wellenlänge und c wie oben beschrieben die Lichtgeschwindigkeit. In der Quantenphysik wird die Energie von Photonen entsprechend der vorstehenden Formel typischerweise in der Einheit Joule [J] angegeben. Die Photonenenergie E ist dabei stets > 0, da sich diese Lichtteilchen bzw. -wellen stets mit einer Geschwindigkeit > 0 fortbewegen.

Eine der bekannten elektrotechnischen Anwendungen im Zusammenhang mit Photonen ist der sogenannte pn-Übergang in elektronischen Halbleiterelementen, in denen das entstehende elektrische Potenzialgefälle für die Umwandlung der eintreffenden Strahlungsenergie in elektrische Energie genutzt werden kann (Solarzelle). Halbleiter wurden auf dieser Website unter anderem bereits in den Artikeln „Transistoren“, „Thyristoren“ und „Umrichter“ angesprochen. Weiterführende Informationen zum Thema elektromagnetische Strahlung finden sich auf dieser Internetseite zum Beispiel in den Beiträgen „Elektromgnetische Strahlenbelastung“, „Der elektromagnetische (Im-)Puls (EMP)“ und „Induktion“.