¿Cómo gamma-gamma par producción realmente funciona?

Question

Ver el Breit-Wheeler proceso, en el que dos fotones gamma se convierte en un electrón y un positrón a través de un proceso que es el inverso de electrones-positrones aniquilación. No dudo de este proceso. Sin embargo no estoy tan seguro acerca de la Wikipedia de dos fotones de la física en el artículo. Habla acerca de la gamma-gamma par de la producción, y como yo sé que está en línea con lo que algunos de los físicos de partículas decir. Dice esto:

"A partir de la electrodinámica cuántica se puede encontrar que los fotones no se acoplan directamente a cada uno de los otros, ya que no llevan ninguna carga, pero pueden interactuar a través de orden superior, los procesos de^{[aclaración necesaria]}. Un fotón puede, dentro de los límites del principio de incertidumbre, fluctúan en un cargo fermión–antifermion par, para bien de los que el otro fotón puede pareja".

Sin embargo, hasta donde yo sé, un 511keV fotón no tiene que gastar su vida por arte de magia se transforma en una 511keV electrón y un 511keV de positrones. Que está en violación de la conservación de la energía. En sentido similar el electrón y el positrón, no por arte de magia de variación en una sola 511keV de fotones. Que está en violación de la conservación del momento. Por otra parte los fotones viajan a la velocidad de la luz, mientras que los electrones y los positrones no - un fotón no puede pasar su vida fluctuante en fermión pares, si lo hizo no podía viajar a. c. Además, las partículas virtuales son virtuales. Como en la no real. Ellos no son de corta duración real de las partículas en el pop y fuera de la existencia como por arte de magia. En lugar de que sólo existen en las matemáticas de la modelo. Que es por qué los átomos de hidrógeno no brilla, y los imanes no brilla. En la parte superior de todos los que la producción de par seguramente no ocurre debido a que la producción de par ocurrido. De forma espontánea. Como los gusanos de lodo. Con todo, esta explicación para la producción de par es inadecuada. Una mejor explicación es necesaria. Así:

¿Cómo la gamma-gamma de la producción de par realmente funcionan?

Voy a dar un 500 puntos de recompensa al menos peor respuesta a la pregunta. Una respuesta que se obtendrá la recompensa, incluso si no me gusta.

Answer 1

La teoría cuántica de campos hace que no se ofrezca una descripción de "cómo" de sus procesos de trabajo, igual que la mecánica Newtoniana no ofrece una explicación de "cómo" de las fuerzas de impartir la aceleración o la relatividad general una explicación de "cómo" el espacio-tiempo métricas obedece a las ecuaciones de Einstein.

Las predicciones de la teoría cuántica de campos, y la electrodinámica cuántica (QED), en particular, están bien probados. Dadas dos fotones de energía suficiente para producir al menos el resto de la masa de un par electrón-positrón, uno encuentra que QED predice un valor distinto de cero amplitud para el proceso de $\gamma\gamma \to e^+ e^-$ a suceder. Que es toda la teoría nos dice. No "fluctuación", no "partículas virtuales", nada. Sólo frío, duro, la predicción cuantitativa de la probabilidad de un evento.

Todas las otras cosas - por ejemplo, la risa descripción en la Wikipedia el artículo que usted cita son historias, en este caso un legibles interpretación de los diagramas de Feynman se utiliza para calcular la probabilidad de un evento, pero no debe ser tomado como la real instrucción de la teoría cuantitativa hace.

No hay un "cómo", lo que sucede entre la entrada y la salida de un campo cuántico teórico del proceso es una caja negra llamado "tiempo de evolución" que no tiene directa, legible a la interpretación. Si lo resolvemos perturbativa con diagramas de Feynmann, a la gente le gusta contar historias de partículas virtuales, pero nadie nos obliga a hacerlo -, se puede organizar la serie de otra manera, puede ser obligado a hacerlo (por ejemplo, en acoplamiento fuerte), o uno no puede usar una serie en todos los para calcular la probabilidad. El único que no aproximados de respuesta al "cómo" de la dispersión de los procesos ocurren en la teoría cuántica de campos que QFT tiene para ofrecer es sentarse y se derivan de la LSZ fórmula para la dispersión de las amplitudes de cero, como se hace en la mayoría de QFT libros. Que, como ya se puede ver desde el artículo de la Wikipedia, no es lo que pasa como una buena historia en la mayoría de los círculos.

Pero ni la naturaleza ni nuestros modelos de la misma están obligados a ceder buenas historias. Nuestros modelos están obligados a ceder la exactitud de las predicciones, y eso es lo que la teoría cuántica de campos.

Answer 2

Dos fotones de la física pasa a través de orden superior diagramas . Dependiendo de la energía de los rayos gamma, incluso gamma gamma aceleradores de partículas están previstas.

Para la gamma gamma centro de masa energías por debajo de la suma de la masa del electrón y un positrón este es el menor de orden superior del diagrama

Esto es para todos los fotones de baja energía. Uno puede contar a los cuatro electromagnética vértices que será la multiplicación de la integral con 1/137 y el conjunto se eleva al cuadrado para obtener un crossection. Este va a ser un número muy pequeño y que es la razón por la eficacia de las energías bajas, no es medible dos dispersión de fotones.

Cuando el centro de masa de energía de los dos entrantes gammas es mayor que dos veces la masa del electrón, la dominante diagrama será:

Tenga en cuenta que ahora hay sólo dos electromagnética vértices para la producción de cáscara de electrones y positrones. Con mucha energía de los fotones de un gran número de partículas, la creación de canales abiertos y el crossection de gamma gamma interacciones se espera que aumente .

Answer 3

Sin embargo, hasta donde yo sé, un 511keV fotón no tiene que gastar su vida por arte de magia se transforma en una 511keV electrón y un 511keV de positrones. Que está en violación de la conservación de la energía. En sentido similar el electrón y el positrón, no por arte de magia de variación en una sola 511keV de fotones. Que está en violación de la conservación del momento.

No sé donde esta el error enorme. Seguramente no es de ninguno de los artículos wiki que ha vinculado, o todo lo que sea escrito por un físico nunca. Tanto la producción de par y de partícula-antipartícula aniquilación son válidos en la física de los procesos y se producen de acuerdo a todas las leyes de conservación conocidos:

• En la partícula-antipartícula aniquilación, el producto es siempre de dos o más fotones. En el marco del resto, el electrón y el positrón tiene las siguientes 4-momentum $$p_{e^-}=(\sqrt{m_e^2+k^2},\vec{k})\qquad p_{e^+}=(\sqrt{m_e^2+k^2},-\vec{k})$$ and the 4-momentum of the two photons is $$p_{\gamma_1}= (q, \vec{q})\qquad p_{\gamma_2}=(q, -\vec{q}) $$ with $q=|\vec{p}|=\sqrt{m_e^2+k^2}$, so energy and momentum are conserved, and the photons travel at $c$ mientras que los electrones son positrones son más lentos.

• En el Breit-Wheeler par de la producción, la cinemática es exactamente el mismo (solo tiene para el intercambio de estados inicial y final), y por lo tanto todas las leyes de conservación se han cumplido.

• El término "producción de par" es frecuentemente utilizado por otro proceso, que implica sólo una de fotones que se propagan a través de un medio material. El fotón se dispersa con un átomo con una masa enorme, por lo que puede absorber un enorme impulso con un imperceptible cambio en la energía. Esta configuración es un ejercicio estándar en la cinemática relativista, y se deja como ejercicio para el lector.

En cualquier caso, el electrón y un positrón se emiten en el lado opuesto direcciones (en el marco del resto), por lo que no se espera encontrar de nuevo. Exactamente lo mismo pasa para los dos fotones, con la limitación adicional de que sus caminos son mucho más difíciles de la curva. Por lo tanto, es casi imposible (si no imposible) que un par de fotones oscilar en un par de electrón-positrón. Supongo que la confusión viene de los fotones de la auto-energía diagrama de Feynman

Pero tienes que recordar que la (real) de la física no afirman que estas líneas internas representan algo con significado ontológico. Incluso si usted lee el pop-sci artículos sobre partículas virtuales (no lo hagas!), se le explicará que las partículas virtuales son off-shell, por lo que su energía y momentum son independientes, y pueden ser conservadas.

En la parte superior de todos los que la producción de par seguramente no ocurre debido a que la producción de par ocurrido. De forma espontánea. Como los gusanos de lodo. Con todo, esta explicación para la producción de par es inadecuada.

La mecánica cuántica es un probabilística de la teoría. Cada proceso tiene una probabilidad de ocurrir, que van desde 0 (imposible) a 1 (siempre). Pero $\{0\}$ es un conjunto de medida de 0, por lo que es muy extraño para un proceso de exactamente 0 probabilidad. A menos que algo lo prohíbe. El único "algo más" que lo que sabemos es que algunas de conservación de la ley no tiene. En las palabras de Gell-Mann:

Todo lo que no está prohibido es obligatorio.

Hemos ya te resolvieron que la producción de par cumple todas las leyes de conservación. Por lo tanto, la conclusión más plausible es que la producción de par sucede con una probabilidad distinta de cero. (Spoiler: Si haces los cálculos, usted encontrará que la probabilidad es bastante alta a altas energías).

Si usted no está convencido de la naturaleza probabilística de la producción de par, usted tiene que saber que el análisis de los electromagnética duchas (que incluyen la producción de par) en los detectores de rayos cósmicos y aceleradores de partículas consiste en un Monte Carlo (probabilístico), la reconstrucción de los procesos.

Esto es lo más cercano a una respuesta a "¿por qué la producción de par sucede?" que la ciencia puede ofrecer (y ACuriousMind la respuesta es lo más cercano a una respuesta a "¿cómo sucede?"). Lo siento si usted está decepcionado. La misión de la ciencia es hacer modelos de todo lo que podemos observar o detectar. Los modelos comprobables. No podemos ver la tetera de Russell, o Sagan garaje del dragón, o el interior de un horizonte de eventos, o lo que ocurrió antes del Big Bang, o lo que sucede durante una dispersión de partículas. No, ni siquiera en principio. Cualquier modelo que sólo se trató de explicar alguno de los que no es comprobable, y por lo tanto, no científico. Estaría más allá de la esfera de la física, y si usted sabe algo acerca de ethymology, "meta" significa más allá, por lo que es la metafísica.

Por qué no podemos ver lo que sucede durante una interacción? La única herramienta que tenemos para explorar el mundo subatómico son los detectores de partículas, que funcionan mediante la medición de la energía que algunas partículas de depósito en ellos. Así, con el fin de ser detectado, una partícula debe ser en una (casi) asintótica estado final, y su energía y momentum son cambió drásticamente. Mediante la medición, usted destruir toda la información acerca de cualquier futura colisión. Es como Aquiles-el detector de partículas tratando de perseguir la tortuga-interacción.

¿Conoces algún método no invasivo para investigar la interacción? Felicitaciones! Un premio Nobel y un montón de multimillonario subvenciones están esperando por usted!

Answer 4

Mientras que los científicos han observado que los fotones colisionando y la "creación" de la materia sólo estamos observando la materia después de fotones chocan, realmente no sabemos lo que está sucediendo, pero podemos observar la materia que parece que por arte de magia aparece. No podemos ver que los pequeños y los científicos pueden dibujar los diagramas de fotones que chocan con un montón de lujo flechas y decir "yay hemos hecho de la cuestión"

Lo que realmente está pasando?

Los científicos han elaborado imágenes como estas para explicar chocar los rayos gamma de la creación de partículas como estos.

La evidencia para esto existe en la burbuja de las cámaras, porque esto es lo que podemos ver. Los rayos Gamma chocar acaba de convertir en la materia. Puf.

Veamos Electrón-Positrón aniquilación, para comenzar con.

Arriba podemos ver un electrón y un positrón volando hacia el otro, a punto de chocar. Esta pareja pronto se convirtió en rayos gamma. A la derecha, que no está mal!

¿Cómo funciona exactamente este lugar? Estándar de la ciencia textos guardan silencio sobre la cuestión; sólo la presentación de informes que sucede, pero sin dar ningún tipo de explicación de los posibles mecanismos implicados. Por desgracia esto no es muy útil. Lo que necesitamos es un movimiento lento versión de los hechos, particularmente en lo que sucede en el momento en que las partículas "hacer contacto". No hay manera de ver nada de nada en una pequeña escala. Lo mejor que podemos hacer es mirar en la evidencia disponible y especular sobre lo que podría estar ocurriendo. Lo ideal es que esta especulación debe ser algo que tenga sentido en términos de un modelo clásico. Con eso en mente, la siguiente es una versión de lo que podría estar pasando.

Vistazo de cerca:

En este punto parece que el proceso se repita, luego otra vez, y otra vez. Básicamente, las partículas oscilará a través de cada uno de los otros, como si conectado a través de un resorte. Se la oscilación continúa para siempre? Esto parece ser una fricción del sistema. Como sucede, ellos no van a oscilar para siempre. El VDCL (Velocidad Dependiente de la Ley de Coulomb) nos dice que como opuesta-las partículas cargadas se mueven juntos, la fuerza entre ellos disminuye. Como se mueven aparte de los aumentos de la fuerza. De esta forma, actúa como una forma de amortiguación que se lleve lentamente la oscilación a una parada.

Finalmente deja de moverse.

Después de las oscilaciones han dejado nos quedamos con una especie de fantasma de la partícula. Tiene dos veces la masa de un electrón, pero lo que es más importante un cargo de cero.

Va sin decir que una partícula sin carga no va a tener mucho impacto en nada, ni va a ser afectado por nada. Para todos los efectos prácticos, es posible que así como no existen. Y ese es exactamente el punto. En términos eléctricos esta compuesto de partículas es invisible. El electrón y el positrón no han sido aniquiladas, después de todo. Ellos todavía están allí.

Otra cita,

Hay otro aspecto de la extinción del proceso que necesita ser explicado y que consiste en la emisión de fotones. Para comprender esto, considere las transmisiones de radio. Sabemos que cuando una oscilación de los electrones en una antena que produce ondas de radio, que están a la baja frecuencia de las ondas electromagnéticas. Lo que si que antena contenidos tanto de electrones y positrones, y que oscilaba en direcciones opuestas? En lugar de cancelar a la otra señal, los dos conjuntos de cargos que se combinan para producir una onda de el doble de la amplitud. Ahora mira de nuevo al electrón-positrón interacción. Ellos están oscilando a través de cada uno de los otros, como en el de la antena. Por lo tanto, también debemos esperar de ellos para producir una onda electromagnética. En este caso, la frecuencia sería mucho mayor debido a la naturaleza ligera de las partículas involucradas. Incluso puede ser tan alta como para ser en la forma de rayos gamma del espectro. Así, la explicación más probable para la emisión de fotones es que el breve oscilación de la interacción entre las partículas produce una onda electromagnética, o más correctamente dos de las ondas (uno para cada partícula), que tienen frecuencias de los rayos gamma del espectro.

Así que, en conclusión, para la creación de la luz (energía) de la materia, no se puede. Lo que ocurre es que las oscilaciones de los positrones y electrones a altas velocidades crear estos rayos gamma.

Así que ahora que sabemos que no podemos convertir la materia en energía, ¿cómo sabemos que no podemos convertir la energía en materia?

Cómo hacemos para convertir la energía en materia? Los científicos saben (o creen saber) es posible.

En aras de la discusión, vamos a llamar a este compuesto positrón-electrón partícula de un 'poseltron'. ¿Hay alguna forma para una poseltron a deshacerse, es decir, para ser roto en sus partículas constituyentes? Un método sería exponer a un fuerte campo eléctrico que polarizó la componente de partículas y tiró de ellos aparte. Pero tendría que ser muy fuerte porque el positrón y el electrón están en contacto directo.

Así que si usted sacudió las dos juntas a las partículas puede que sea posible batido aparte. Si hay reacciones como esta sucediendo es probable que una aceleración de rayos gamma podría fácilmente alcanzar un poseltron y batido aparte.

Poseltrons vibrar a la frecuencia de los rayos gamma, por lo que no tiene sentido que esa misma frecuencia podría vibrar aparte?

Digamos poseltrons existen, pero pensar en ello, cómo a menudo es un electrón que va al encuentro de un positrón. No muy a menudo, así que si se dan, entonces son probablemente muy generalizada.

La baja densidad de poseltrons en la naturaleza también explicaría por qué pares electrón-positrón se crean sólo ocasionalmente, tiene que ser una poseltron en el lugar antes de la conversión puede ocurrir. Bajo el actual modelo científico de un fotón con suficiente energía se puede convertir en un par electrón-positrón, pero lo haría sin ninguna razón aparente, es decir, al azar sin causa & efecto. Este modelo desafía el sentido común.

Otra razón por la que "poseltrons" existe,

Hay otra manera en que los positrones pueden ser creados, y que es a través de un proceso conocido como 'protones conversión". Cuando Sodio-22, un isótopo inestable de sodio, decae, se convierte en Neón-22. Cuando se hace esto también libera un positrón y un rayo gamma.

Standered theort nos dice que hay dos medios de protones de conversión. Uno en el que un protón y un electrón forma un neutrón. El otro en el que un par electrón-positrón se creó seguida por el electrón se absorbe y el positrón expulsado. Cuando usted piensa acerca de la segunda media de protones de conversión es más probable en este caso. Mientras que los protones y los electrones, probablemente, pueden unirse. Según las teorías actuales, Sodio-22 puede sólo por arte de magia, de la nada, crear este electrón positrón par y la convierte en uno de sus protones en un neutrón. Digamos que esto es cierto, ¿dónde está toda esa energía que viene de que usted necesita para crear el electrón positrón par. El núcleo no puede crear a menos que haya una fuente de energía externa.

Así que lo que realmente está pasando?

Primero un poseltron se desplaza en el núcleo de la Sodio-22 átomo.

El movimiento causado por fuerzas poderosas en el núcleo de los átomos, a continuación, las lágrimas de la poseltron aparte en un electrón y un positrón. El electrón se absorbe por el protón y se convierte en un neutrón. El positrón es expulsado debido a su carga positiva y se agarra un electrón en el camino, o se queda como un positrón. Los rayos Gamma son generados por la separación de las oscilaciones de la poseltron.

Así que, en conclusión,

Un electrón y un positrón chocan, se reúnen y pasan a través de cada uno de los otros la generación de rayos gamma y, a continuación, formar una indetectables de carga cero poseltron. Es bastante invisable.

Científicos: "yay hemos hecho de la energía de la materia"

Todo lo que importa es aún existe, la energía que es creado los campos electromagnéticos creados por la oscilación.

Algunos rayos gamma toparse con un poseltron por casualidad, que la causa que se agite aparte y se rompen las dos partículas. Al mismo tiempo, parte de esta energía ha sido absorbida por las partículas.

Científico: "yay hemos hecho materia de energía, estamos tan inteligente"

Nada de lo que realmente se ha hecho, el asunto sólo se hizo visible de nuevo.

Por lo tanto, la conservación de la masa y la conservación de la energía no se han roto y el universo tiene sentido de nuevo. Yay

Lo siento por los errores de ortografía, esto es así siempre y verificar la ortografía de la muerte. ;)