Фотонные взаимодействия и парное производство

Физика > Фотонные взаимодействия и парное производство

Рассмотрите создание частицы и античастицы при контакте фотонов и ядра. Читайте, что такое электрон и позитрон, сохранение энергии и импульса, график и формула.

В парном создании формируется элементарная частица и ее античастица. Чаще всего, это происходит при контакте фотонов и ядра.

Задача обучения

• Охарактеризовать процесс появления пар из-за контакта фотонов и ядра.

Основные пункты

• Вероятность появления пар возрастает с увеличением атомного номера ядра.
• В процессе формирования пар энергия и импульс должны сберегаться. Некоторые сохраненные квантовые числа, вроде углового момента и электрического заряда, должны приравниваться к 0.
• Для создания пары необходимо участие ядра.

Термины

• Гамма-луч – высокочастотные ЭМ-лучи, выпущенные из-за радиоактивности.
• Позитрон – аналог антивещества электрона с такой же массой, но положительным зарядом.

Когда речь идет о процессе формирования пар, то мы говорим о создании элементарной частицы и античастицы при контакте фотонов с ядром. К примеру, могут появиться электрон и позитрон. Для этого нужен лишь достаточный энергетический запас и условия для сохранения энергии и импульса. Некоторые сохраненные квантовые числа, вроде углового момента и электрического заряда, обязаны приравниваться к 0. Вероятность появления пар возрастает с увеличением энергии фотона, как Z².

γ + γ → e^- + е⁺

В ядерной физике реакция осуществляется, когда высокоэнергетический фотон вступает в контакт с ядром. Его энергия может трансформироваться в массу по формуле: E = mc² (E – энергия, m – масса, c – скорость света). Фотон обязан обладать достаточной энергией, чтобы создать массы электрона и протона. Масса электрона – 9.11 ⋅ 10^-31 кг (0.511 МэВ), как и у позитрона.

Без ядра импульс поглотится, а распадающийся на электрон и позитрон фотон никогда не сможет сберечь одновременно энергию и импульс. Есть вариант для обратного процесса. Электрон и позитрон способны аннигилироваться и создать два гамма-фотона с энергией 0.511 МэВ. Если все три гамма-луча (оригинал с энергией, уменьшенной на 1.022 МэВ и два аннигилирующихся гамма-луча) найдутся в одно время, то мы заметим полный энергетический пик.

Впервые такой контакт отметили в противонамеренной облачной камере Патрика Блэкетта, за что в 1948 году он получил Нобелевскую премию.

---