Así que he estado investigando la producción de pares de partículas y antipartículas a partir de un rayo gamma y no entiendo una cosa.
Digamos que tengo un fotón de 1,1 MeV y golpea un núcleo: se creará un par electrón-positrón con algo de impulso y el núcleo probablemente también obtendrá algo de impulso debido al impacto.
Pero, ¿por qué el fotón necesita el núcleo? ¿Por qué no puede simplemente volar por el espacio y de repente, con alguna probabilidad, convertirse en un par electrón-positrón con momento? Veo que el impulso del sistema no se conservaría, pero realmente no entiendo cómo lo ayuda el núcleo.
mire la conservación de energía-momento:
el fotón tiene masa invariable 0 mientras que el electrón y el positrón tienen masa
Las betas no pueden ser mayores que uno. Así que el lado derecho siempre se mantiene positivo. El nucleón ayuda. porque cambia el estado inicial a uno con una masa invariante mayor que cero.
La producción de pares no es lo mismo que el decaimiento de una partícula. Una partícula puede descomponerse en dos componentes según su probabilidad de desintegración sin necesidad de una interacción adicional. Una lambda en su marco de reposo decaerá en un protón y un pión, por ejemplo, dentro de un tiempo de decaimiento predecible.
No hay marco de reposo para el fotón ya que su masa es y siempre viaja con la velocidad de la luz. Si fuera a decaer espontáneamente en un par de electrones y positrones, tienen una masa en reposo y un marco en reposo, y su masa invariante sería al menos , que debería haber sido la masa del fotón. una contradicción
Sin embargo, puede interactuar con los campos de otras partículas. ¿Cómo interactúa el fotón? Las probabilidades de interacción se pueden calcular dadas las cargas de las partículas objetivo, la forma más fácil usando diagramas de Feynman. Uno puede imaginarse un fotón como secuencialmente convirtiéndose en bucles virtuales de . Uno de los electrones virtuales interactúa con el campo de una partícula cargada real intercambiando suficiente energía y cantidad de movimiento para que ambos y se vuelven reales mientras que la energía y el impulso se conservan en una interacción de tres cuerpos.
El núcleo ayuda asegurando el impulso en el estado final ( Núcleo) sea el mismo que el del estado inicial (núcleo fotónico).
Si observa un fotón en el vacío, no hay un marco de referencia inercial preferido. Y la energía del fotón depende del marco elegido. Entonces, algunos marcos tienen más de la energía necesaria, otros menos. Sería realmente incómodo tener producción de pares en marcos de referencia que carecen de la energía necesaria.
En realidad, el fotón no necesita el núcleo para convertirse en un par electrón-positrón. Según las teorías actuales, lo hace todo el tiempo. El par electrón-positrón convergió nuevamente en un fotón después de un tiempo muy corto.
No sé si este efecto ha sido probado experimentalmente todavía. El efecto observable debería ser que la luz (un rayo LÁSER fuerte) puede dispersar la luz (otro rayo LÁSER de cadena), porque el campo eléctrico del par existente temporalmente interactúa con los campos eléctricos de otros pares. Con su LÁSER de laboratorio regular, el efecto es demasiado pequeño para ser observado.
Debido a que un fotón es un paquete de energía electromagnética, debe interactuar con el mismo campo o con cualquier campo eléctrico o magnético. Como el núcleo tiene un cierto campo eléctrico por el cual el campo del fotón realmente interactúa y el resultado de esta interacción es la producción de pares, para conservar el impulso y la carga de la energía.
usuario4552