基本内容

关于光的量子本质与光子的结构问题

光的量子本质包括光场的量子本质与光子的量子本质两个方面，光场的量子本质集中表现在光场的各种非经典效应方面，而光子的量子本质则集中反映在光子的结构这一问题上。以下主要介绍我国科学家在这一方面的探索—光子结构论。

基本要点

光子结构论，最初是由我国老一辈著名科学家、中国科学院院士龚祖同先生于1980年提出来的。其基本要点如下：

第一，光子具有电结构，它由带正电的光微子ε+和带负电的光微子ε-组成。ε+与ε?-两者质量相等都等于me，两者电荷相等但符合相反，所以光子对外不显电性(光子属电中性粒子)。

第二，光子是以ε+为核心以ε-为卫星的类氢结构。

第三，ε-绕ε+作等螺距的高速螺旋线旋进，其核心则以真空中的光子速度c匀速向前推进，核心的推进方向即为光子传播方向。

第四，ε-绕ε+旋进的轨迹在垂直光子传播方向的平面内为一个圆，在平行于光子传播方向且包含该方向的平面内是一条周期性变化的类正弦曲线，它代表光子的偏振性即横波性。

第五，光子的电场与磁场两者方向正交，且皆垂直于光子的传播方向。

第六，光子中ε+和ε-?的质量与电荷均来自于它的母体—原子核和核外电子。

受龚祖同先生光子结构论的启发，人们认为光子结构问题应属量子光学领域的重大研究课题之一，它属量子光学领域的另一个诺贝尔奖项目，揭示光子结构是量子光学理论研究的最高境界之一。

相互作用

光子是传递电磁相互作用的基本粒子，是一种规范玻色子。光子是电磁辐射的载体，而在量子场论中光子被认为是电磁相互作用的媒介子。与大多数基本粒子相比，光子的静止质量为零，这意味着其在真空中的传播速度是光速。与其他量子一样，光子具有波粒二象性：光子能够表现出经典波的折射、干涉、衍射等性质；而光子的粒子性则表现为和物质相互作用时不像经典的粒子那样可以传递任意值的能量，光子只能传递量子化的能量。对可见光而言，单个光子携带的能量约为4×10-19焦耳，这样大小的能量足以激发起眼睛上感光细胞的一个分子，从而引起视觉。除能量以外，光子还具有动量和偏振态，但单个光子没有确定的动量或偏振态。