Квант рентгеновского электромагнитного излучения, несущий энергию и импульс.Рентгеновский фотон — это квант электромагнитного излучения в рентгеновской части спектра, с энергиями, как правило, от примерно 100 электронвольт (эВ) до нескольких сотен килоэлектронвольт (кэВ). Как и все фотоны, он не имеет массы, движется со скоростью света и несет как энергию, так и импульс, но его высокая энергия позволяет ему проникать в вещество и взаимодействовать с внутренними электронами атомов. Рентгеновские фотоны возникают при переходах электронов между глубокими атомными энергетическими уровнями, при торможении заряженных частиц (тормозное излучение) или при синхротронном излучении релятивистских электронов в магнитных полях.
Рентгеновские лучи были открыты Вильгельмом Рентгеном в 1895 году, но их природа как фотонов была установлена позже. Сама концепция фотона была введена Альбертом Эйнштейном в 1905 году, а специфическая квантовая природа рентгеновских лучей была подтверждена экспериментами по рассеянию рентгеновских лучей Артуром Комптоном в 1923 году, которые показали, что рентгеновские лучи ведут себя как частицы с импульсом.
Рентгеновские фотоны взаимодействуют с веществом в основном через три процесса: фотоэлектрический эффект, при котором фотон поглощается и выбивает внутренний электрон; комптоновское рассеяние, при котором фотон рассеивается на электроне, теряя энергию и меняя направление; и рождение пар, которое происходит при очень высоких энергиях (>1,022 МэВ) вблизи ядра, где фотон превращается в электрон-позитронную пару. Энергия рентгеновского фотона прямо пропорциональна его частоте (E = hν, где h — постоянная Планка), а его импульс равен p = h/λ, где λ — длина волны. Эти свойства делают рентгеновские фотоны мощным инструментом для изучения атомной структуры и динамики.
Рентгеновские фотоны используются в медицинской визуализации (рентгенография и компьютерная томография), в кристаллографии для определения молекулярных структур, а также в рентгеновской астрономии для изучения высокоэнергетических явлений во Вселенной.
Импульс рентгеновского фотона, хотя и мал, достаточен для измеримого воздействия на атомы — этот эффект используется в таких методах, как рентгеновская фотонная корреляционная спектроскопия, для изучения движения атомов.
