text: ফোটন একপ্রকার মৌলকণা। আলো ও রেডিও তরঙ্গের ন্যায় তড়িচ্চুম্বকীয় তরঙ্গ সহ তড়িচ্চুম্বকীয় ক্ষেত্রসমূহের কোয়ান্টাম পরিমাপ হল ফোটন। তড়িচ্চুম্বকীয় বলের ফোর্স ক্যারিয়ার হল ফোটন। ফোটন ভরহীন, ফলে এরা সর্বদা শূণ্যস্থানে আলোর গতিবেগের সমান বেগে ধাবিত হয়। ফোটন একপ্রকার বোসন কণা। 
  
  অন্যান্য মৌলকণাগুলির ন্যায় ফোটনকেও কোয়ান্টাম বলবিদ্যার তত্ত্ব দ্বারাই বর্তমানে সর্বোৎকৃষ্টভাবে ব্যাখ্যা করা যায়। ফোটনের মধ্যে কণা-তরঙ্গ দ্বৈত সত্ত্বা পরিলক্ষিত হয়, অর্থাৎ এদের মধ্যে কণা ও তরঙ্গ উভয়ের বৈশিষ্ট্যই বিদ্যমান। ফোটনের আধুনিক ধারণার প্রচলন ঘটে বিশ শতকের প্রথম দুই দশকে আলবার্ট আইনস্টাইনের হাত ধরে, যিনি আবার ম্যাক্স প্ল্যাঙ্কের গবেষণাকে তাঁর এই কাজের ভিত্তি হিসেবে ব্যবহার করেন। পদার্থ ও তড়িচ্চুম্বকীয় বিকিরণ কীভাবে পরস্পরের সঙ্গে তাপীয় সাম্য বজায় রাখে, তার ব্যাখ্যা করতে গিয়ে প্ল্যাঙ্ক বলেন যে, একটি বস্তুপিন্ডের মধ্যে সঞ্চিত শক্তিকে কয়েকটি পৃথক, সমমাণের পূর্ণসংখ্যার সমষ্টি হিসেবে গণ্য করতে হবে। আলোক-তড়িৎ ক্রিয়ার ব্যাখ্যা দিতে গিয়ে আইনস্টাইন বলেন যে, আলো আসলে কয়েকটি পৃথক, একক শক্তির (discrete units of energy) সমন্বয়। ১৯২৬ সালে গিলবার্ট এন্. লিউইস পূর্বোক্ত একক শক্তিগুলির নাম হিসাবে ‘ফোটন’ শব্দটিকে জনপ্রিয় করেন। পরবর্তীকালে আরো বহু গবেষণায় আইনস্টাইনের ধারণার যথার্থতা প্রমাণিত হয়।
  
  কণা পদার্থবিদ্যার সাধারণ কাঠামোয় ফোটন ও অন্যান্য মৌলকণাগুলিকে জাগতিক সূত্রগুলির একটি অবশ্যম্ভাবী পরিণাম হিসাবে বর্ণনা করা হয়, যেখানে স্পেস-টাইমের প্রতিটি বিন্দুতে একটি সুনির্দিষ্ট সামঞ্জস্য আছে। আধান, ভর ও স্পিনের (ঘূর্ণন) ন্যায় একটি কণার অন্তর্নিহিত বা স্বকীয় বৈশিষ্ট্যগুলি এই গজ সামঞ্জস্য (gauge symmetry) দ্বারা নির্ধারিত হয়। লেসার, কোয়ান্টাম বলবিদ্যার সম্ভব্য ব্যাখ্যান তত্ত্ব (probabilistic interpretation  of quantum mechanics), বোস-আইনস্টাইন ঘনীভবন, কোয়ান্টাম ফিল্ড থিওরি সহ গবেষণাধর্মী ও তাত্ত্বিক পদার্থবিদ্যার বহু শাখায় ফোটনের ধারনা অভাবনীয় অগ্রগতির পথ দেখায়। আলোক রসায়ন, উচ্চ রেজোলিউশনে অণুবীক্ষণ, আণবিক দূরত্ব পরিমাপেও এর প্রয়োগ করা হয়েছে। সাম্প্রতিককালে কোয়ান্টাম কম্পিউটারের উপাদান হিসাবে, আলোকচিত্রে, আলোকীয়-যোগাযোগে (optical communication),  কোয়ান্টাম সংকেতলিপিতে (quantum cryptography) ফোটনের প্রয়োগ নিয়ে চর্চা চলছে।
  
  নামকরণ 
  
  ১৯০০ সালে ম্যাক্স প্ল্যাংক কৃষ্ণবস্তু বিকিরণের ওপর কাজ করছিলেন। তিনি ধারণা প্রকাশ করলেন যে তাড়িতচৌম্বক তরঙ্গ কেবল শক্তির প্যাকেট আকারে নির্গত হতে পারে। ১৯০১ সালে এনালেন ডার ফিজিক পত্রিকায় তিনি এক নিবন্ধে  এই প্যাকেট এর নাম দিলেন শক্তিকণা।
  
  ফোটন শব্দটির উৎপত্তি ‘আলোক’ শব্দটির গ্রীক প্রতিশব্দ  থেকে। ১৯২৮ সালে আর্থার কম্পটন ‘ফোটন’ শব্দটি ব্যাবহার করেন গিলবার্ট এন্. লিউইসকে উদ্ধৃত করে। ১৯২৬ সালের ১৮ই ডিসেম্বর নেচার পত্রিকার উদ্দেশ্যে গিলবার্ট লিউইসের লেখা একটি চিঠিতে ‘ফোটন’ শব্দটি ছিল। এই একই নাম এর আগেও ব্যাবহার করেন মার্কিন পদার্থবিদ ও মনোবিদ লিওনার্ড টি. ট্রোলাঁ ১৯১৬ সালে, আইরিশ পদার্থবিদ জন জলি ১৯২১ সালে, ফরাসী ফিজিওলজিস্ট রেনে উর্মসার(১৮৯০-১৯৯৩) ১৯২৪ সালে, ফরাসী পদার্থবিদ ফ্রিথিয়ফ উলফার্স (১৮৯১-১৯৭১) ১৯২৬ সালে। কিন্তু লিউইসের ব্যাবহারের আগে তা এতো ব্যাপক গ্রহণযোগ্যতা লাভ করেনি। নামটি প্রাথমিকভাবে আলোকপাত ও দৃশ্যমানতা (illumination of the eye) এবং তার ফলস্বরূপ হওয়া আলোকীয় অনুভূতি (sensation of light) সংক্রান্ত একটি একক হিসাবে প্রস্তাবিত হয় এবং পরে শারীরবিদ্যার প্রসঙ্গে ব্যাবহারও হয়। যদিও বহু গবেষণায় উলফার্স ও লিউইসের তত্ত্বকে অস্বীকার করা হয়েছে এবং তা কখনোই গ্রহণযোগ্য হয়নি, কম্পটনের ব্যাবহার করার পরেই অধিকাংশ পদার্থবিদই নামটি গ্রহণ করেন।
  
  পদার্থবিদ্যায়, ফোটনকে সচরাচর প্রকাশ করা হয় γ চিহ্ন দ্বারা (গ্রীক বর্ণ "গামা")। ফোটনের জন্য এই গামা চিহ্ন এসেছে খুব সম্ভবত গামা রশ্মি  থেকে যা ১৯০০ সালে পল ভিলার্ড  আবিষ্কার করেন, ১৯০৩ সালে আর্নেস্ট রাদারফোর্ড নামকরণ করেন এবং ১৯১৪ সালে এডওয়ার্ড আন্দ্রেদ এবং রাদারফোর্ড এটিকে তড়িৎচৌম্বকীয় বিকিরণ রূপে উপস্থাপন করেন।   রসায়নশাস্ত্র এবং দৃষ্টিপ্রকৌশলবিদ্যায়, ফোটনকে সাধারণত প্রকাশ করা হয় hv দ্বারা, যেখানে h হলো প্লাংকের ধ্রুবক ও v (গ্রীক বর্ণ nu) ফোটনের তীব্রতা। এছাড়াও ফোটনকে hf এর মাধ্যমেও প্রকাশ করা হয়ে থাকে, যেখানে এর কম্পাঙ্ককে f দ্বারা
  নির্দেশ করা হয়, যদিও এটি খুব প্রচলিত নয়।
  
  ভৌত বৈশিষ্ট্যাবলী  
  
  ফোটন ভরহীন, তড়িৎ নিরপেক্ষ , স্থিতিশীল/সুস্থিত। ফোটন এর দুইটি সম্ভাব্য সমবর্তন দশা রয়েছে। ভরবেগ বিবৃতিতে যা কোয়ান্টাম ক্ষেত্র তত্ত্বে উপ্সথাপন করা হয়, একটি ফোটন এর তরঙ্গ দৈর্ঘ্য π এবং এর দিক নির্ধারণ করা হয় তার তরঙ্গ ভেক্টর বর্ণনার দ্বারা। একটি ফোটনের তরঙ্গ ভেক্টর শূন্য নাও হতে পারে এবং একটি স্থানিক ৩-ভেক্টর হিসেবে অথবা একটি (আপেক্ষিক) চার-ভেক্টর হিসেবে বর্ণনা করা যেতে পারে; পরেরটির ক্ষেত্রে এটি আলোক কোণের (অঙ্কিত) সৃষ্টি করতে পারে। চার-ভেক্টরের বিভিন্ন চিহ্ন বিভিন্ন বৃত্তাকার সমবর্তন চিহ্নিত করে, কিন্তু ৩-ভেক্টরের চিত্রে, প্রত্যেকের আলাদাভাবে সমবর্তন দশা বর্ণনা করা উচিত। এটি আসলে একটি ঘূর্ণন কোয়ান্টাম সংখ্যা। উভয় ক্ষেত্রে সম্ভাব্য তরঙ্গ ভেক্টরদ্বয়ের অবস্থান ত্রিমাত্রিক।
  
  ফোটন তড়িৎচৌম্বকীয় তত্ত্বের জন্য গেজ বোসন  এবং এই কারণে ফোটনের অন্যসব কোয়ান্টাম সংখ্যা  (যেমন লেপটন সংখ্যা, ব্যারিয়ন সংখ্যা,ফ্লেভার কোয়ান্টাম সংখ্যা) শূন্য হয়। 
  
  বহু স্বাভাবিক প্রাকৃতিক প্রক্রিয়া চলাকালীনই ফোটন নির্গত হয়। উদাহরণস্বরূপ, যখন একটি আধান ত্বরণের মধ্যে দিয়ে যায়, তখন তা থেকে সিংক্রোটন বিকিরণ (synchrotron radiation) নির্গত হয়। উচ্চতর শক্তিস্তর থেকে নিম্নতর শক্তিস্তরে আণবিক, পারমাণবিক বা নিউক্লীয় স্থানান্তরের সময় রেডিও তরঙ্গ থেকে গামা তরঙ্গ পর্যন্ত বিভিন্ন শক্তির ফোটন নির্গত হয়। একটি কণা ও তার সংশ্লিষ্ট অ্যান্টি-কণার (antiparticle) যখন অ্যানিহিলেশন (annihilation) ঘটে (যথা – ইলেকট্রন-পজিট্রন অ্যানিহিলেশন ) তখনো ফোটন নির্গত হতে পারে।
  
  আপেক্ষিক শক্তি ও ভরবেগ 
  শূণ্যস্থানে ফোটন আলোর বেগে (c) ধাবিত হয়, এবং এর শক্তি ও ভরবেগের মধ্যে সম্পর্ক E=pc সমীকরণ দ্বারা সূচিত হয়, যেখানে, p হল ভরবেগ ভেক্টর p এর মান। নিম্নলিখিত আপেক্ষিকতা সমীকরণে m=0 দ্বারা প্রতিস্থাপিত করে পূর্বোক্ত সমীকরণটি পাওয়া যায়।
  
  একটি ফোটনের শক্তি ও ভরবেগ কেবলমাত্র তার কম্পাঙ্ক () বা কম্পাঙ্কের অনোন্যক তরঙ্গদৈর্ঘের  (λ) উপর নির্ভরশীল।
  
  যেখানে k একটি তরঙ্গ ভেক্টর (যেখানে তরঙ্গসংখ্যা ),  কৌণিক ভরবেগ, এবং  সঙ্কুচিত প্ল্যাঙ্ক ধ্রুবক।
  
  যেহেতু p ফোটনের গতির অভিমুখ নির্দেশ করছে, অতএব ভরবেগের মান হল,
  
  ঐতিহাসিক প্রগমন
  
  অষ্টাদশ শতাব্দীর সবচেয়ে কার্যকর তত্ত্ব ছিলো, আলো কণা দ্বারা গঠিত। কণা মডেল সহজে আলোর প্রতিসরণ, অপবর্তন এবং বাইরেফ্রিনজেন্স(birefringence) ব্যাখ্যা করতে পারে না বলে রেনে দেকার্ত (১৬৩৭),  রবার্ট হুক (১৬৫৫)   এবং ক্রিশ্চিয়ান হাইগেনস (১৬৭৮)  সালে আলোর তরঙ্গ তত্ত্ব প্রস্তাবনা করেন। তবে আইজ্যাক নিউটনের প্রভাব এর ফলে কণা মডেলের বিশেষ গুরুত্ব রয়েই যায়। উনিশ শতকের প্রথম দিকে, থমাস ইয়ং এবং অগাস্ট ফ্রেসনেল স্পষ্টভাবে আলোর ব্যতিচার এবং অপবর্তন বর্ণনা করেন এবং এই তরঙ্গ মডেল ১৮৫০ সালের দিকে সর্বজন গৃহীত হয়। ১৮৬৫ সালে জেমস ক্লার্ক ম্যাক্সওয়েল এর ভবিষ্যদ্বাণী ছিলো যে, আলো একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ হতে পারে। তার অনুমান পরীক্ষামূলকভাবে নিশ্চিত হয় ১৮৮৮ তে হেনরিক হার্টজ এর বেতার তরঙ্গ  আবিষ্কারের মাধ্যমে। এটাকে আলোর  কণা মডেলের ওপর মরণ কামড় বলে মনে করা হয়।
  
  যেভাবেই হোক,ম্যাক্সওয়েলের তরঙ্গতত্ত্ব আলোর সব ধর্ম ব্যাখ্যা করতে পারে না। ম্যাক্সওয়েলের তরঙ্গতত্ত্ব ধারণা দেয় যে আলোকতরঙ্গ-এর শক্তি শুধুমাত্র এর তীব্রতার উপর নির্ভর করে, আলোর কম্পাংকের উপর না। কিন্তু এককভাবে বিভিন্ন পরীক্ষার দ্বারা জানা যায় যে, পরমাণু থেকে যে আলোকশক্তি নির্গত হয় তা শুধুমাত্র আলোর কম্পাঙ্কের উপর নির্ভর করে,আলোর তীব্রতার উপর না। উদাহরণস্বরূপ, কিছু রাসায়নিক বিক্রিয়াকে আলোর কম্পাংকের দ্বারা উত্তেজিত করা হয়, যেটা কিনা নির্দিষ্ট সূচন  কম্পাংক থেকে বেশি। আলোর কম্পাংক যদি সূচন কম্পাংক থেকে কম হয় (যেখানে আলোর তীব্রতা কত, সেটা কোনো বিষয় না) তাহলে সেক্ষেত্রে ওই বিক্রিয়াটা ঘটবে না। একইভাবে, প‍র্যাপ্ত কম্পাংকের আলোকশক্তি যদি কোনো ধাতব প্লেটের উপর পড়ে, তাহলে সেখান থেকে ইলেক্ট্রন নির্গত হয়(ফটোইলেক্ট্রিক ইফেক্ট); নির্গত ইলেক্ট্রনের শক্তি আলোর কম্পাংকের সাথে সম্পর্কিত, আলোর তীব্রতার উপর না।
  
  আইনস্টাইনের আলোক কোয়ান্টাম
  
  প্ল্যাংক ব্যতীত আইনস্টাইন এই সম্ভাবনার কথা পোষণ করেছিলেন যে, প্রকৃতভাবেই আলোর কোয়ান্টা থাকবে, যাকে আমরা এখন ফোটন বলছি। তিনি লক্ষ করলেন যে, শক্তিসহ একটি আলোক কোয়ান্টা এর কম্পাঙ্কের সমানুপাতিক হলে অনেকগুলো যন্ত্রণাদায়ক কঠিন সমস্যা আর প্যারাডক্সের ব্যাখ্যা পাওয়া যাবে। স্টোকস এর একটি অপ্রকাশিত সূত্র, অতিবেগুনী রশ্মি বিপর্যয়কারী ঘটনা এবং অবশ্যই ফটোতড়িৎ ক্রিয়ার ব্যাখ্যা! স্টোক এর সূত্রে সহজভাবে বলা আছে যে, প্রতিপ্রভ(ফ্লুরোসেন্ট) আলোর কম্পাংক, আলোর (সাধারণত অতিবেগুনী) কম্পাংকের চেয়ে বেশি হতে পারে না। ফোটন গ্যাস ইলেক্ট্রন গ্যাসের মতো আচরণ করে এই ধারণার কল্পনা করার মাধ্যমে তিনি অতিবেগুনী রশ্মির বিপর্যয় এর ব্যাপারটিকে বাদ দিয়েছিলেন। তার এক সহকর্মী পরামর্শ দিয়েছিল, প্ল্যাঙ্ককে সরাসরি চ্যালেঞ্জ না করে পেপারটি লিখতে। লেখার প্রতি সর্তকতা অবলম্বন এর পরামর্শ এজন্য যে তিনি(প্ল্যাংক) তখন একজন শক্তিমান ব্যক্তিত্ব ছিলেন এবং বাস্তবিকপক্ষে এই সতর্কবার্তা সমর্থনযোগ্য ছিলো কারণ প্ল্যাংক কখনো এই লেখার জন্য তাকে ক্ষমা করেননি।
  
  ফোটন গ্যাসের বোস-আইনস্টাইন মডেল
  
  ১৯২৪ সালে সত্যেন্দ্রনাথ বসু কোনো তাড়িৎচৌম্বক ব্যবহার না করে, কৃষ্ণবস্তু বিকিরণের প্ল্যাংকের সূত্র নিষ্পত্তি করেন। আইনস্টাইন প্রমাণ করে দেখালেন যে, এই পরিবর্তিত অবস্থা একই বলে দাবি করা যায় যেন, সব ফোটনই তীব্রভাবে অভিন্ন, এবং এটি স্পষ্ট একটি দুর্বোধ্য অস্থানীয় মিথস্ক্রিয়া যা ইতিমধ্যে সুসংগত যান্ত্রিক কোয়ান্টাম দশা বলে অনুধাবন করা হয়েছে।  লেজার এর অগ্রগতি এবং সামঞ্জস্যপূর্ণ ধারণার উপর ভিত্তি করে এই কাজ চালিত হয়। একই রচনায়, আইনস্টাইন বসুর formalism কে বস্তুকণায়(বোসন) সম্প্রসারণ করেন এবং অনুমান করেন যে, যথেষ্ট নিম্ন তাপমাত্রায়  তারা তাদের সর্বনিম্ন কোয়ান্টাম দশায় ঘনীভূত হবে; ১৯৯৫ সালে প্রথমবারের মত এই বোস-আইনস্টাইন ঘনীভবন পরীক্ষামূলকভাবে পর্যবেক্ষণ করা গিয়েছিল।  পরবর্তীতে এই পদ্ধতি ব্যবহার করেই লিন হাউ ফোটন গ্যাসকে ১৯৯৯ সালে ধীরগতিতে আর ২০০১ এ সম্পূর্ণ স্থির দশায় আনতে সক্ষম হন। 
  
  এই বিষয়ে আধুনিক দৃষ্টিকোণ থেকে ধারণা এই যে, ফোটন বৈশিষ্ট্যগতভাবে  ঘূর্ণন পূর্নসংখ্যার হয়, বোসন (অর্ধ পূর্ণসংখ্যার ঘূর্ণনের ফার্মিয়নের বিপরীতে)  ঘূর্ণন-পরিসংখ্যান তত্ত্ব অনুযায়ী, সব বোসনকণা বোস-আইনস্টাইন পরিসংখ্যান মেনে চলে (যেখানে সব ফার্মিয়ন ফার্মি-ডিরাক পরিসংখ্যান মেনে চলে)।
  
  সাম্প্রতিক গবেষণা 
  
  কোয়ান্টাম আলোকবিদ্যায় ফোটনের প্রায়োগিক ক্ষেত্রে অনেক গবেষণা নিযুক্ত রয়েছে। ফোটনকে অত্যন্ত দ্রুত কোয়ান্টাম কম্পিউটার এর জন্য উপযুক্ত মৌলিক কণা বলে মনে করা হচ্ছে, আর ফোটনের কোয়ান্টাম জট গবেষণার লক্ষ্য হিসেবে দাঁড়াচ্ছে। দুটি ফোটনের  শোষণক্রিয়া, নিজ দশার বাহক, দশার অস্থিতিশীলতা, দৃষ্টিসর্ম্পকীয় স্তিতিস্থাপক দোলক এর মত অরৈখিক আলোকবিদ্যা প্রক্রিয়া আরেকটি সক্রিয় গবেষণা ক্ষেত্র। যাই হোক, এই সব পক্রিয়ায় ফোটনের ভূমিকার প্রয়োজন হয় না, তাদের  প্রায়ই অরৈখিক দোলক হিসেবে পরমাণুর মডেল  হিসেবে দেখানো হয়। প্রায়ই একক ফোটন দশা তৈরীতে স্বতঃস্ফূর্ত স্তিতিস্থাপক নিম্নগামী কনভার্সনের অরৈখিক প্রক্রিয়া ব্যবহার করা হয়। অবশেষে, আলোকীয় যোগাযোগ ব্যবস্থার কিছু উদ্দেশ্যে ফোটন খুবই গুরুত্ববহ, বিশেষত কোয়ান্টাম ক্রিপ্টোগ্রাফির জন্য।
  
  তথ্যসূত্র
  
  বহিঃসংযোগ 
  
   ফোটন কী?
  
  বিষয়শ্রেণী:মৌলিক কণিকা
title: ফোটন