광자탄(Photon Bomb)은 물질과 반물질의 쌍소멸 과정을 통해 발생하는 고에너지 광자, 즉 감마선을 파괴 에너지로 이용하는 가상의 무기 체계다. 일반적인 핵무기가 원자핵의 분열이나 융합 과정에서 발생하는 질량 결손에 의한 에너지를 이용하는 것과 달리, 광자탄은 질량 전부를 에너지로 전환하는 극단적인 효율성을 지향한다. 이는 이론적으로 존재할 수 있는 가장 강력한 에너지 방출 방식 중 하나로 간주된다.

광자탄의 작동 원리는 아인슈타인의 질량-에너지 등가 원리인 $E=mc^2$에 기반한다. 물질과 그에 대응하는 반물질이 접촉하면 두 질량은 완전히 소멸하며 엄청난 양의 에너지를 방출한다. 이때 방출되는 에너지의 대부분은 전자기파의 일종인 고에너지 광자 형태로 나타나며, 이는 주변 물질을 순식간에 기화시킬 정도의 열과 충격파를 발생시킨다. 이론상 반물질 1g이 물질과 만나 소멸할 때 발생하는 에너지는 히로시마에 투하된 원자폭탄의 약 3배에 달하는 파괴력을 가진다.

현존하는 가장 강력한 무기인 수소폭탄의 경우 질량의 약 0.7%만이 에너지로 전환되지만, 광자탄은 투입된 물질과 반물질 질량의 100%가 에너지로 바뀐다. 따라서 동일한 질량의 연료를 사용할 때 광자탄은 핵무기보다 수백 배 이상의 파괴력을 낼 수 있다. 또한 핵분열을 이용하지 않을 경우 방사성 낙진을 남기는 핵분열 산물이 발생하지 않으므로 이론적으로는 상대적으로 '깨끗한 폭탄'으로 분류되기도 하지만, 폭발 시 발생하는 강력한 감마선 조사 자체로 인한 생물학적 피해와 환경 파괴는 피할 수 없다.

현재의 인류 기술 수준으로는 광자탄을 실용화하는 것이 불가능에 가깝다. 가장 큰 걸림돌은 반물질의 생산과 저장이다. 반물질을 제조하는 데 드는 비용은 천문학적이며, 입자 가속기를 통해 극미량을 생산하는 데에도 막대한 에너지가 소모된다. 또한 반물질은 일반 물질과 접촉하는 즉시 소멸하기 때문에 이를 접촉 없이 보관하는 자기장 트랩 기술이 필수적이나, 이를 무기화할 수 있을 정도로 소형화하고 안정화하는 것은 현대 과학의 한계를 넘어서는 과제다.

광자탄은 주로 공상과학(SF) 장르에서 행성 파괴 병기나 우주선의 강력한 무장으로 등장하며 대중에게 알려졌다. 대표적으로 '스타 트렉' 시리즈의 광자 어뢰(Photon Torpedo)가 이 개념을 차용한 대표적인 사례다. 비록 현재는 이론적 가설과 상상력의 영역에 머물러 있으나, 에너지 밀도가 극도로 높은 궁극의 에너지원으로 간주되어 물리적 한계를 탐구하는 이론적 배경이 되고 있다.