¿Ocurre la producción de pares incluso cuando el fotón está alrededor de un neutrón?

Question

Para que un fotón se descomponga en un par de $e^+ e^-$ , debe tener al menos $E_{\gamma}=1.022$ MeV y debe estar cerca de un núcleo para satisfacer la conservación de la energía-momento.

¿Pero sucedería esto incluso si el fotón está cerca de un neutrón y no necesariamente un núcleo? ¿El hecho de que el núcleo esté cargado tiene algo que ver con esta decadencia? ¿Quién actúa sobre el fotón para inducir la interacción?

Answer 1

La mecánica cuántica dice que todo lo que no está prohibido es obligatorio. Cualquier proceso que no viole una ley de conservación va a suceder, con un cierto ritmo o de la sección transversal. Sin embargo, este principio general no le dice lo que la tasa es. Por ejemplo, es teóricamente posible que 124Te a la descomposición en dos 62Ni de los núcleos de más de cuatro electrones y cuatro antineutrinos, sino para predecir el (muy pequeña) de la tasa, usted necesita saber los correspondientes a la física nuclear.

En tu ejemplo, el proceso probablemente iría a un cierto ritmo determinado por las interacciones electromagnéticas, porque el neutrón tiene un campo magnético. Pero la tasa presumiblemente por ser pequeño, porque el campo magnético de un dipolo se cae como $1/r^3$, y los efectos magnéticos son generalmente baja por $\sim v/c$ en comparación a los efectos.

Answer 2

Sí, la producción de par puede ocurrir incluso cerca de un solitario de neutrones. La presencia de una masa de los fotones para interactuar con es necesaria para la conservación de momentum (explicación más detallada se puede encontrar aquí). A mi conocimiento, la carga del núcleo no es significativo para el proceso de producción de par, aunque la probabilidad de la producción de par aumenta aproximadamente con el número atómico cuadrado. Experimentalmente, esto sería difícil de demostrar ya que los neutrones son difíciles de controlar y tener una relativamente corta vida media (~10.3 minutos).

Answer 3

Si se piensa en la producción de par como el intercambio de un fotón entre un retroceso del núcleo y el electrón o positrón en el estado final, entonces eso no va a suceder con un neutrones que no tienen carga eléctrica de los fotones a la pareja.

Hay dos maneras de convencer a sí mismo que la producción de par fuera de neutrones sin embargo sucede. La primera mantiene cerca de la imagen que probablemente han de producción de par, el segundo va un poco más profundo en lo que estas imágenes de decir o expresar:

1) el neutrón no es una partícula elemental, está compuesta de quarks que son acusados. El fotón, que equilibra el retroceso del impulso con la masa-shell requisito puede interactuar con los quarks en lugar de la de neutrones como un todo. Es muy poco probable: el campo eléctrico de los neutrones se limita a su interior, mientras que el campo de un protón (en el caso habitual) se extiende a todo el átomo cuyo núcleo está contenido en.

2) dar un paso atrás, y más en línea con las respuestas anteriores argumentando basados en unitarity (es decir, "cualquier cosa que puede suceder, sucede"): ¿cuál es la producción de par? Anteriormente hemos imaginado un posible diagrama de Feynman para la producción de par. Pero eso no es lo que hace la naturaleza. No sabemos lo que la naturaleza hace. Todo lo que hacemos es observar lo siguiente: fotones y neutrones ir, positrones, electrones y neutrones salir. Lo que pasó en el medio, no lo sabemos. En la Teoría Cuántica de campos podemos utilizar lo que se denomina en la cáscara renormalization esquema que hace que los objetos que utilizamos para el cálculo muy similar a la de los objetos que observamos en el laboratorio, y por lo tanto nos permite describir los procesos con gran precisión con poco calculatory esfuerzo, pero sin embargo, todavía estamos buscando en la parte de que podría suceder en el proceso de "fotón + neutrones; e-, e+, n out". Así que en ese sentido la imagen mental que me dio en 1) no describe lo que sucede en la naturaleza, ni siquiera en el caso de que el retroceso es un protón. Es sólo una aproximación.

Ahora, dado que, podemos dejar que nuestra fantasía móviles y se inventan toda clase de procesos intermedios que conducen a la observación, mientras que ser capaz de equilibrar la energía y el impulso (es decir, los fotones de la masa). E. g., el fotón podría dividir en un intermedio de electrones y positrones y la tomografía podría ser absorbido por el de neutrones (o más bien de sus mandantes, pero vamos a ignorar que, hadronization es duro), que ahora en algunos estado de carga de 1, por ejemplo, un protón, pero un $\Delta^ +$ resonancia también se ajusta a la ley. La conservación del número Leptónico (una ley fundamental) requiere la emisión simultánea de un neutrino. El electrón y el neutrino cumplir, convertido en un $W^-$ bosón, y el $W^-$ bosón podría irradiar fuera un $Z$ bosón antes de ser absorbida por el protón, el giro de los protones de nuevo en un neutrón. Finalmente, el Z podría decaer en dos electrones.

Este proceso es infinitamente improbable. Pero ya que sólo se observó $\gamma, n$ , y $e^+, e^-, n$ va a salir, que va a decirle a la naturaleza que esto no es lo que ella hizo?

Los procesos intermedios que podemos imaginar son sólo herramientas que nos guía a través del cálculo, que no describen lo que la naturaleza hace.