Il fatto che una particella priva di massa possa portare
energia non deve stupire. Consideriamo il caso del campo elettrico. Una
particella carica immersa in un campo elettrico possiede energia potenziale
per il fatto, appunto, di essere carica, non di possedere una certa massa.
Certo, se è anche dotata di massa allora avrà energia
cinetica e, nel caso si trovi in un campo gravitazionale, energia potenziale
gravitazionale, ma queste non sono le uniche forme di energia che conosciamo.
Il caso del fotone, che non possiede
né massa né carica, è intuitivamente un po’ più complicato da immaginare.
Si dice che il fotone “si accoppia” con le particelle cariche, per formare
un “vertice di interazione” e questo è il modo in cui trasferisce energia.
Figura 1: il vertice di interazione fotone-elettrone
La meccanica quantistica fornisce forse la spiegazione
più convincente, seppure per certi versi stupefacente. Uno dei principi
chiave di questa teoria è il concetto di dualità onda-particella: ogni
particella di impulso p può essere vista come un’onda che si propaga
con lunghezza d’onda 
.
Un’onda è un entità che intrinsecamente non possiede massa,
ma è in grado di trasferire energia. Pensiamo ad esempio alle onde sonore,
che sono onde di pressione. Le onde sonore si propagano però in un mezzo
materiale, mentre le onde elettromagnetiche, e quindi i fotoni, si propagano
nel vuoto.
Il fotone può quindi essere visto come una vibrazione
del campo elettromagnetico, la cui esistenza è associata alla presenza
della carica elettrica. Questa vibrazione è in grado di trasferire energia,
pur non avendo una propria massa.