Si dos fotones chocan, ¿la partícula resultante tiene velocidad cero?

Si chocan dos fotones que viajan en direcciones opuestas a lo largo de la misma línea, ¿la partícula resultante tendrá una velocidad de cero en relación con el resto del espacio de tiempo en el instante de la colisión?

Los fotones son bosones, por lo que técnicamente no pueden colisionar per se.
Pueden interactuar a través de un bucle de fermiones. Es muy, muy raro, pero posible (e incluso se ha medido experimentalmente, creo).

Respuestas (4)

Si chocan dos fotones que viajan en direcciones opuestas a lo largo de la misma línea, ¿la partícula resultante tendrá una velocidad de cero en relación con el resto del espacio de tiempo en el instante de la colisión?

Los fotones son partículas mecánicas cuánticas. En las dimensiones microscópicas donde interactúan las partículas de la mecánica cuántica, existen reglas de la naturaleza que dominan estas dimensiones, aunque generalmente son insignificantes en las dimensiones macroscópicas.

Una de estas reglas es el principio de incertidumbre de Heisenberg , HUP,: no se puede definir la ubicación de una partícula y el momento de una partícula con una precisión mejor que:

HUP

dónde ℏ = 6.62606957 ( 29 ) × 10 − 34 Joule segundo es un número muy pequeño por lo que es efectivamente cero en dimensiones macroscópicas.

Por lo tanto, dos fotones, incluso con la misma energía, no chocarán en un punto.

Entrando en las matemáticas, las interacciones fotón-fotón son muy, muy débiles, ya que no hay una interacción de primer orden entre dos fotones, sino que tienen que pasar por un bucle de partículas. Además, la conservación del impulso requiere que salgan dos partículas.

fotónfotón

Un diagrama de Feynman (diagrama de caja) para la dispersión fotón-fotón, un fotón se dispersa a partir de las fluctuaciones transitorias de carga de vacío del otro

Los diagramas de Feynman tienen una correspondencia uno a uno con integrales calculables que darán la probabilidad de una interacción dada.

Un fotón transporta energía, dos fotones tienen una masa invariable . En su sistema de centro de masa, dependiendo de la energía disponible de cada uno, la salida puede ser nuevamente dos fotones, o si existe suficiente energía para generar partículas masivas, existirá una probabilidad mecánica cuántica para la interacción. Están proponiendo colisionadores de fotones de alta energía, colisionadores gamma gamma .

Esto se conoce como dispersión de Delbrück en.wikipedia.org/wiki/Delbr%C3%BCck_scattering y ser un efecto de cuatro vértices es realmente pequeño.
quieres decir... que si la trayectoria que los condujo uno hacia el otro fuera una en la que estos fotones inician su ciclo en formación esférica apretada alrededor de un vacío, donde cada fotón que forma la esfera viaja hacia afuera en una trayectoria circular alejándose uno del otro en el mismo instante con igual momento y donde la trayectoria colectiva de todos ellos traza una esfera de vórtice, donde cada par de fotones se encuentran dos veces de frente; 1) lo más lejos de la esfera de fotones inicial y 2) de nuevo en la superficie de la esfera de fotones, y el punto de colisión 2 tiene mucha energía ¿se creará materia?
Los vórtices y esas cosas pertenecen a la física macroscópica. Los cálculos mecánicos cuánticos están representados por diagramas de Feynman y no tienen nada que ver con vórtices y "esferas de fotones". El fotón es una partícula elemental, es decir, una partícula puntual, sin esferas. Las reglas de la mecánica cuántica nos dicen que dada la energía suficiente para poder crear partículas, habrá una probabilidad de que en el scatering se creen, que es lo que pretenden estudiar los colisionadores gamma gamma.
Lo siento, Anna, no tenía la intención de usar los términos vórtice y esfera de fotones para describir un fenómeno específico, sino puntos teóricos a lo largo de la trayectoria de los fotones que estoy describiendo. intentaré representarlo gráficamente
@JuanBautista, ¿se imaginan que los fotones tienen trayectorias bien definidas?
Sí, @AlfredCentauri que emana de fuentes en discos bidimensionales que se adhieren al tejido de gravedad 3D plegable en movimiento

Generalmente no, porque la velocidad no es una cantidad conservada. Es el impulso que se conserva en todas las interacciones. Para los fotones, la magnitud del momento es simplemente

pags = mi C = h v C = h λ ,
por lo tanto, los fotones con diferentes energías/frecuencias/longitudes de onda tendrán diferentes momentos. Si el momento total es distinto de cero antes de la colisión, será distinto de cero después.

Interesante, pues teóricamente en el vacío si los dos fotones parten de un único y exclusivo centro gravitatorio por una misma fuerza en direcciones opuestas a lo largo de la trayectoria elíptica de uno de los polos del momento dipolar de un anillo por el que pasa su centro (el mismo que el centro gravitacional) solo cabe un fotón, podríamos esperar que los fotones se encontraran una vez en un punto de colisión de baja energía en el borde exterior del anillo y nuevamente en el punto de alta energía del centro del anillo donde solo uno podría pasar sería el excepción a su respuesta "generalmente no" a mi pregunta?

Tenga en cuenta que la probabilidad de colisión se puede mejorar mucho en algunos materiales no lineales (como un medio de Kerr ). Como se indicó anteriormente, el vacío es un material muy débilmente no lineal.

La 'velocidad' resultante para el fotón sería su impulso. k , siendo la regla que, si no se produce pérdida en el material, el momento y la energía deben conservarse: k 1 + k 2 = k 1 ′ + k 2 ′ . Pero estas son cantidades vectoriales y k 1 + k 2 = 0 No implica k 1 ′ = 0 y k 2 ′ = 0 . Muchas soluciones son posibles, estas son estudiadas por óptica no lineal . Además, la conservación de la energía impone más restricciones.

Las fotos son bosones. Pueden ocupar los mismos estados cuánticos y el mismo lugar en el espacio, por lo que en realidad no pueden "chocar". Si dos fotones que viajan en direcciones opuestas a lo largo de la misma línea chocan, simplemente se atraviesan.

Creo que probablemente estabas pensando en la producción de parejas. Es un proceso completamente diferente en el que dos fotones energéticos interactúan con el núcleo y crean un par partícula-antipartícula.

Inexacto, como muestran las otras respuestas.
Para aclarar: el hecho de que dos fotones puedan ocupar el mismo estado no impide que interactúen. Las ecuaciones de Maxwell son lineales, por lo que en cualquier régimen en el que se apliquen las ecuaciones de Maxwell, los fotones rara vez interactuarán. Sin embargo, eso no lo hace imposible.
Si dos fotones chocan, ¿la partícula resultante tiene velocidad cero?
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