Кіріспе
Фотондардың материямен өзара әрекеттесуі нәтижесінде электрон-позитрон жұптарының пайда болуы мүмкін. Жұптардың түзілуі – бұл бейтарап бозоннан субатомдық бөлшектің және оның антибөлшегінің жаратылуы. Мысалдарға электрон мен позитрон, мюон мен антимюон, немесе протон мен антипротон жұптарын құру кіреді. Жұптардың түзілуі көбінесе ядроның жанында электрон-позитрон жұбын құратын фотондарға қатысты айтылады. Энергия сақталуы қажет болғандықтан, жұптардың түзілуі үшін кіріс фотон энергиясы екі туындаған бөлшектің жалпы тыныштық массасының энергиясынан кем болмауы керек. (Электрон ең жеңіл, демек, ең төмен масса/энергияға ие элементар бөлшек болғандықтан, ол барлық мүмкін жұптардың түзілу процестері үшін ең аз энергетикалық фотондарды қажет етеді.) Энергия мен импульстің сақталуы – процеске қойылатын басты шектеулер. Туындаған бөлшектердің барлық басқа сақталатын кванттық сандары (бұрыштық импульс, электр заряды, лептон саны) нөлге тең болуы керек, сондықтан туындаған бөлшектердің әрқайсысының мәндері бір-біріне қарама-қарсы болуы тиіс. Мысалы, егер бір бөлшектің электр заряды +1 болса, екіншісінің электр заряды -1 болуы керек, немесе егер бір бөлшектің құпиялылығы +1 болса, онда екіншісінің құпиялылығы -1 болуы керек. Фотон-материя өзара әрекеттесуінде жұптардың түзілу ықтималдығы фотон энергиясымен бірге артады, сондай-ақ жақын жердегі атомның атомдық санының квадратына (яғни, ондағы протондар санына) пропорционалды түрде көбейеді.
Pair production is the creation of a subatomic particle and its antiparticle from a neutral boson. Examples include creating an electron and a positron, a muon and an antimuon, or a proton and an antiproton. Pair production often refers specifically to a photon creating an electron–positron pair near a nucleus. As energy must be conserved, for pair production to occur, the incoming energy of the photon must be above a threshold of at least the total rest mass energy of the two particles created. (As the electron is the lightest, hence, lowest mass/energy, elementary particle, it requires the least energetic photons of all possible pair production processes.) Conservation of energy and momentum are the principal constraints on the process. All other conserved quantum numbers (angular momentum, electric charge, lepton number) of the produced particles must sum to zero thus the created particles shall have opposite values of each other. For instance, if one particle has electric charge of +1 the other must have electric charge of −1, or if one particle has strangeness of +1 then another one must have strangeness of −1. The probability of pair production in photon–matter interactions increases with photon energy and also increases approximately as the square of atomic number of (hence, number of protons in) the nearby atom.
Кесінді қимасы
Жұптар өндірісінің қимасының нақты талдамалық формасы кванттық электродинамика арқылы Фейнман диаграммалары түрінде есептелуі керек және күрделі функцияға әкеледі. Қарапайымдастыру үшін қима мына түрде жазылуы мүмкін:
мұндағы – ұсақ құрылым тұрақтысы, – классикалық электрон радиусы, – материалдың атомдық нөмірі, ал – энергия мен атомдық нөмірге тәуелді кешенді мәнді функция. Әртүрлі материалдар мен энергиялар үшін қималар кестелерде берілген. 2008 жылы 1 миллиметр қалыңдықтағы алтын нысанаға бағытталған «Титан» лазері көп мөлшерде позитрон-электрон жұптарын жасау үшін пайдаланылды.
Астрономия
Жұптардың пайда болуы гипотетикалық Хокинг сәулеленуін түсіндіруде қолданылады. Кванттық механика бойынша, бөлшектер жұптары кванттық көбік ретінде үнемі пайда болып, жоғалып отырады. Күшті гравитациялық күштердің әсер ететін аймақта, жұптағы екі бөлшек бір-бірін жоя алатын уақытқа дейін, кейде бір-бірінен бөлініп кетуі мүмкін. Егер бұл қара тесік маңында болса, бір бөлшек қашып кетуі мүмкін, ал оның антибөлшегі қара тесікке тартылып сіңіріледі. Жұптардың пайда болуы – жұптардың тұрақсыздығынан болатын жұлдыз жарылысының (супернова) механизмі, онда жұптардың пайда болуы супергигант жұлдыздың ішіндегі қысымды күрт төмендетіп, ішінара имплозияға және одан кейін жарылғыш термоядролық процеске алып келеді. SN 2006gy суперновасы жұптардың пайда болуынан туындаған супернова болған деп есептеледі.