Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Взаимодействие фотона с материей, приводящее к созданию электрон-позитронной пары.
Interaction of a photon with matter resulting into creation of electron positron pair
Производство пар – это создание субатомной частицы и её античастицы из нейтрального бозона. Примеры включают создание электрона и позитрона, мюона и антимюона или протона и антипротона. Под производством пар часто конкретно подразумевается создание фотоном пары электрон-позитрон вблизи ядра. Поскольку энергия должна сохраняться, для осуществления производства пар входящая энергия фотона должна превышать пороговое значение, равное как минимум суммарной энергии покоя двух создаваемых частиц. (Так как электрон является самой лёгкой, и, следовательно, обладающей наименьшей массой/энергией, элементарной частицей, для его создания требуются наименее энергичные фотоны среди всех возможных процессов производства пар.) Сохранение энергии и импульса являются основными ограничениями для этого процесса. Все остальные сохраняющиеся квантовые числа (угловой момент, электрический заряд, лептонное число) создаваемых частиц должны в сумме равняться нулю, таким образом, созданные частицы должны иметь противоположные значения этих чисел. Например, если одна частица имеет электрический заряд +1, то другая должна иметь заряд −1, или если одна частица имеет странность +1, то другая должна иметь странность −1. Вероятность производства пар во взаимодействиях фотонов с материей возрастает с увеличением энергии фотонов и приблизительно пропорциональна квадрату атомного номера (следовательно, числу протонов) ближайшего атома.
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.
Поперечное сечение
Точная аналитическая форма для сечения образования пар должна быть вычислена с помощью квантовой электродинамики в виде диаграмм Фейнмана и представляет собой сложную функцию. Для упрощения, поперечное сечение можно записать следующим образом:
The exact analytic form for the cross section of pair production must be calculated through quantum electrodynamics in the form of Feynman diagrams and results in a complicated function. To simplify, the cross section can be written as:
где α — постоянная тонкой структуры, re — классический радиус электрона, Z — атомный номер материала, а f — комплексная функция, зависящая от энергии и атомного номера. Значения поперечных сечений табулированы для различных материалов и энергий. В 2008 году лазер "Титан", направленный на золовую мишень толщиной 1 миллиметр, был использован для генерации большого количества позитронно-электронных пар.
where is the fine structure constant, is the classical electron radius, is the atomic number of the material, and is some complex valued function that depends on the energy and atomic number. Cross sections are tabulated for different materials and energies. In 2008 the Titan laser, aimed at a 1 millimeter thick gold target, was used to generate positron–electron pairs in large numbers.
Астрономия
Производство пар используется в эвристическом объяснении гипотетического излучения Хокинга. Согласно квантовой механике, пары частиц постоянно возникают и исчезают как квантовая пена. В области сильных гравитационных приливных сил две частицы в паре иногда могут быть разорваны прежде, чем у них появится возможность взаимно аннигилировать. Когда это происходит в окрестности черной дыры, одна частица может уйти, а ее античастица-партнер захватывается черной дырой. Производство пар также является механизмом, лежащим в основе гипотетической сверхновой типа неустойчивости пар, при которой производство пар внезапно снижает давление внутри сверхгигантской звезды, приводя к частичной имплозии, а затем к взрывному термоядерному горению. Считается, что сверхновая SN 2006gy была сверхновой типа неустойчивости пар.
Pair production is invoked in the heuristic explanation of hypothetical Hawking radiation. According to quantum mechanics, particle pairs are constantly appearing and disappearing as a quantum foam. In a region of strong gravitational tidal forces, the two particles in a pair may sometimes be wrenched apart before they have a chance to mutually annihilate. When this happens in the region around a black hole, one particle may escape while its antiparticle partner is captured by the black hole. Pair production is also the mechanism behind the hypothesized pair instability supernova type of stellar explosion, where pair production suddenly lowers the pressure inside a supergiant star, leading to a partial implosion, and then explosive thermonuclear burning. Supernova SN 2006gy is hypothesized to have been a pair production type supernova.