La historia del término fotón

La historia del término fotón.

(Artículo de La Ciencia de la Mula Francis - NAUKAS)

Hoy en día todo el mundo asocia el término fotón al bosón gauge del campo electromagnético, sin embargo, su uso no fue generalizado hasta después de la Segunda Guerra Mundial. El término fotón fue usado por los físicos L.T. Troland (1889-1932) en 1916, J. Joly (1857-1933) en 1921 y G.N. Lewis (1875-1946) en 1926 con tres significados diferentes, ninguno de ellos como sinónimo del cuanto de luz que A. Einstein (1879-1955) introdujo en 1905 para explicar el efecto fotoeléctrico. Hoy en día, dichos significados del término fotón han sido olvidados. Nos los recuerda el danés Helge Kragh, «Photon: New light on an old name,» arXiv:1401.0293 [physics.hist-ph].

El cuanto de luz fue introducido por Einstein en su famoso artículo de 1905 publicado en Annalen der Physik que le llevó a obtener el Premio Nobel de Física («Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichtes betreffenden heuristischen Gesichtspunkt,» Annalen der Physik 17: 132-148,Mar 1905; pdf gratis). En dicho artículo propuso que la radiación electromagnética monocromática de frecuencia ν está compuesta de «cuantos de energía» dados por E = hν. Gracias a ello pudo explicar el efecto fotoeléctrico y la regla de Stokes de la fotoluminiscencia. El cuanto de energía fue tratado como una partícula cuando Einstein en 1917 le asignó un momento lineal p = hν/c. Por ello, expertos en historia de la física como Abraham Pais afirman que Einstein introdujo el concepto de fotón en 1917.

Esta figura muestra el número de artículos científicos que utilizan el término fotón (o fotones) en su título entre 1924 y 1980 (7325 artículos según el Web of Science de Thomson/Reuters). Hay artículos anteriores a 1927 porque en muchos artículos se ha traducido el término alemán Lichtquanten al inglés como fotón.

La palabra fotón entró el vocabulario de los físicos gracias al trabajo del físicoquímico Gilbert Newton Lewis (Universidad de California, Berkeley), famoso por la representación de Lewis (o diagramas de puntos) para átomos y moléculas. Lewis desarrolló una nueva teoría para la radiación luminosa basada en la simetría de los fenómenos de emisión y absorción de luz por átomos. Cuando un átomo emite un cuanto de luz y reduce su energía en una cantidad hν, una partícula («átomo de luz») es emitido con un impulso hν/c y una masa hν/c², que viaja por el espacio en línea recta hasta alcanzar otro átomo que lo absorbe e incrementa su energía en dicha cantidad (Gilbert N. Lewis, «The Nature of Light,» PNAS 12: 22-29, 01 Jan 1926 [PDF gratis]). Lewis llamó fotones a sus «átomos de luz» en un artículo publicado en Nature que envío el 29 de octubre de 1926 (Gilbert N. Lewis, «The Conservation of Photons,» Nature 118: 874-875, 18 Dec 1926).

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Francisco R. Villatoro.

Doctor en Matemáticas.

Departamento de Lenguajes y Ciencias de la Computación.

Escuela de Ingenierías Industriales.

Universidad de Málaga.