Deeltjes die uit een foton kunnen ontstaan

Ben stelde deze vraag op 18 februari 2025 om 23:35.

Als er deeltjes uit een foton ontstaan, moet dat foton voldoende energie hebben om de massa van die deeltjes te kunnen vormen, maar omdat het foton ook impuls heeft, die niet in massa kan worden omgezet (want massa is geen vectorgrootheid) moet het foton extra energie (en dus ook een grotere impuls) hebben om de massa èn de impuls aan die deeltjes te kunnen geven, want massa/energie en impuls moeten behouden blijven.

Hoe pak ik dat nou aan? Stel een foton moet een elektron en een positron vormen. Dan heeft dat foton minstens  MeV aan energie nodig om de massa te kunnen creëren. Maar zo'n foton heeft ook impuls. Die kan geen massa worden.

Hoe vind ik nou, hoeveel energie dat foton echt moet hebben om dat mogelijk te maken?

Ik loop vast...

Reacties

Ibtihal op 19 februari 2025 om 00:16

Beste Ben

Een foton van 2*511keV is voldoende om een elektron-positron paar te creëren.

De impuls van het foton vind je na creatie terug als impuls van het elektron en het positron. Samen hebben het elektron en het positron een totale relativistische impuls (vector) gelijk aan de impuls van het foton.

Zo zijn massa/energie en 3-impuls beide behouden. Samen is dat behoud van 4-impuls.

mvg, Ibtihal

 

Ben op 19 februari 2025 om 09:54

Best Ibtihal,

Sorry, maar ik snap er niets van. Als het elektron en het positron samen een relativistische impuls hebben, dan houdt dat toch ook in dat ze ook kinetische energie hebben. 

Deze is toch groter dan alleen

Met 4-impuls bedoel je de 3 ruimtedimensies van de impuls en de energie als 1 tijddimensie van de impuls?

Groet, Ben

Ibtihal op 19 februari 2025 om 17:26

Excuus Ben, mijn post 00:16 is fout.

Je "Stel een foton moet een elektron en een positron vormen" is niet mogelijk. hoezo ?

Een enkel foton heeft een impuls p=Efoton/c in een of andere richting. Stel dat uit het foton een elektron en een positron ontstaan. Ze bewegen elk met een of andere snelheid in een of andere richting. Kies nu een coördinaten systeem waarin de totale impuls van het elektron en het positron nul is. Dat is het "centre of momentum frame" dat qua impuls met de 2 deeltjes mee beweegt. Ook in dit systeem is de impuls van het foton p=Efoton/c, dus niet nul. dus geen impulsbehoud. Uit een enkel foton kunnen in vacuüm niet een elektron en een positron ontstaan.

Keer het eens om. Bij annihilatie van een elektron en een positron in vacuüm ontstaan om dezelfde reden altijd twee (of meer) fotonen, niet een enkel foton.

Qua behoud van impuls en energie zouden een elektron en een positron in vacuüm kunnen ontstaan als twee fotonen frontaal "met elkaar botsen" en wisselwerken. dit proces wordt echter niet waargenomen. Ik ben niet thuis in deze quantum elektrodynamica.

Het proces dat je voorstelt met een enkel foton is mss mogelijk als het foton ook wissel werkt met bijv een atoom dat de foton impuls overneemt en voor impulsbehoud zorgt.

mvg, Ibtihal

 

Ben op 19 februari 2025 om 17:44

Hoi Ibtihal,

Bedankt dat je meedenkt.

Ik was zelf na heel veel pogingen ook tot deze conclusie gekomen.

Gelukkig begrijp ik het toch beter dan ik zelf dacht.

😉

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Clara heeft tweeëntwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Clara nu over?

Antwoord: (vul een getal in)