Probabilidad de colisión entre fotones

Question

2 fotones con suficiente energía pueden colisionar y formar un par electrón positrón (que luego se aniquilan y forman un nuevo par fotón - ¿con menor energía?). ¿Supongo que esto significa que no pueden colisionar (sólo pasar uno a través del otro?) si no tienen suficiente energía? Como ves tengo muchas pequeñas subpreguntas. Mi pregunta principal, sin embargo, es: ¿Cuál es la probabilidad de que dos fotones colisionen en un recipiente transparente al vacío? Sospecho que sería casi nula si hablamos de la luz solar, pero ¿qué pasaría si dos rayos láser de alta energía (procedentes del mismo láser) se encontraran de frente en un punto focal común dentro del contenedor?

Answer 1

Los fotones son partículas elementales. La probabilidad de que dos fotones interactúen puede calcularse utilizando diagramas de Feynman, aquí se muestra el diagrama de menor orden para la dispersión de fotones :

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

Cada vértice contribuye con un factor de (1/137)^1/2 la constante de acoplamiento electromagnético, y que debe elevarse al cuadrado para que la probabilidad de dispersión sea muy pequeña y despreciable para dos haces de luz que se encuentran. (1/137)^2

La sección transversal aumenta con la energía y a energías de rayos gamma hay propuestas de colisionadores gamma gamma .

Los patrones de interferencia que se observan con la luz no significan que los fotones que la componen estén interactuando. Sólo se trata de la superposición de las funciones de onda de la mecánica cuántica que forman la onda clásica, y los patrones aparecen también con fotón a fotón .

Usted declara:

Un punto más: Aunque un fotón esté representado por una nube de probabilidad, la probabilidad de "vecindad más cercana" de dos nubes de este tipo se reduce a cero proporcionalmente al cuadrado de la distancia, por lo que el número de fotones por unidad de volumen debe ser extremadamente alto para que dos nubes se encuentren a una distancia "de contacto", suponiendo que esta distancia sea micrométrica o inferior.

Sí, la distancia a la mínima aproximación también es un factor sobre cuándo estas interacciones de dos fotones pueden tener consecuencias medibles y debería tenerse en cuenta a la hora de diseñar los experimentos del colisionador..

Answer 2

Las amplitudes de estos procesos pueden calcularse fácilmente mediante la Teoría de Campos. El diagrama de Feynman da directamente la matriz M cuyo cuadrado de amplitud da la densidad de probabilidad del proceso. Además en todo el proceso se conserva el 4 momento.