Estaba leyendo sobre las supernovas de inestabilidad de pares, que es cuando los rayos gamma producidos en el núcleo de una estrella grande se vuelven lo suficientemente energéticos como para producir pares de electrones y positrones, lo que provoca una pérdida de presión de radiación.
¿Estoy en lo correcto al suponer que si un rayo gamma de suficiente energía viajara a través del espacio libre, oscilaría entre ser un rayo gamma y ser un par electrón-positrón (quizás virtual)? ¿El tiempo que pasa en la última forma haría que tardara más en llegar del punto A al punto B de lo esperado a partir de la velocidad de la luz?
De acuerdo con esta pregunta, ¿la producción de pares es solo con fotones? requiere otro cuerpo cercano, como un núcleo atómico, para intercambiar impulso. Bien, supongamos que el rayo gamma viaja por el espacio, pero hay unos pocos átomos por metro cúbico de gas ionizado. ¿Se produciría entonces el efecto? ¿El resultado es diferente a la velocidad de la luz a través del medio o el efecto a través de la dispersión? (Es decir, la diferencia entre realmente rebotar en los átomos y pasar cerca de los átomos).
Como se dijo en los comentarios, un fotón por sí solo no puede producir el par; es fácil de ver por la conservación de la energía y el momento. Sin embargo, esas oscilaciones entre fotón y par que mencionas sí están presentes en la mecánica cuántica. En términos simples, puede entenderse como una consecuencia del principio de incertidumbre de Heisenberg: durante cortos períodos de tiempo, la energía puede no conservarse. Se llama polarización de vacío o autoenergía fotónica . Pero el tratamiento completo de esto en Quantum-Electrodynamics (QED) lleva a la conclusión de que el hipotético fotón libre no adquiere masa debido a esta interacción en el vacío; por lo tanto, los fotones de todas las energías se mueven a la velocidad de la luz. Al final, hay evidencia experimental.
Un fotón en el medio es una historia completamente diferente. No tiene mucho sentido hablar de la propagación de un solo fotón en un medio denso: se dispersa y/o se absorbe inmediatamente. En cambio, uno tiene que considerar un estado efectivo ( una cuasipartícula ) que actúa como el fotón, pero tiene parámetros dependientes del medio ligeramente diferentes (por ejemplo, masa pequeña y fuerza de interacción diferente). Aunque el tratamiento de la mecánica cuántica también existe, es mucho más fácil de entender en términos de electrodinámica de Maxwell. Allí, una onda que se propaga en el medio también cambia sus propiedades y se mueve más lentamente que la velocidad de la luz.
(Es decir, la diferencia entre realmente rebotar en los átomos y pasar cerca de los átomos).
Existe una gran diferencia. Desde el punto de vista de la mecánica cuántica, pasar cerca de los átomos no significa nada: solo el acto de interacción puede influir en la partícula. Pero la interacción mecánica cuántica ocurre con mucha más frecuencia de lo que piensas. Lo que significa "pasar cerca de los átomos" es una interacción de largo alcance entre el átomo y el fotón que le permite satisfacer la conservación de energía/momento y producir partículas.
curioso
Pedro R.
knzhou