Elektron-pozitron annihilasyonu

Elektron-pozitron anhilasyonu, bir elektron () ve bir pozitron ( elektronun antiparçacığı ) çarpıştığı zaman oluşur. Düşük enerjilerde, çarpışmanın sonucu elektron ve pozitronun anhilasyonu (imhası) ve gama ışını fotonlarının oluşmasıdır:
+ - +
Yüksek enerjilerde, B mezonları veya W ve Z bozonları gibi başka parçacıklar oluşturulabilir. Tüm süreçler, aşağıdaki bir dizi koruma kanununu sağlamalıdır:
Elektrik yükünün korunumu; Önce ve sonraki net yük sıfırdır.
Doğrusal momentum ve toplam enerjinin korunumu; Bu, tek bir gama ışınının oluşturulmasını yasaklar. Bununla birlikte, kuantum alan teorisinde bu işleme izin verilir.
Açısal momentumun korunumu.
Toplam lepton sayısının korunumu; Bu, leptonların (örneğin elektronların) sayısından antileptonların (örneğin, pozitronların) sayısının çıkartılmış halidir ve (net) maddenin korunması yasasının olarak tanımlanabilir.
Herhangi iki yüklü nesnede olduğu gibi, elektronlar ve pozitronlar genel olarak esnek saçılma yoluyla yok edilmeden birbirleriyle etkileşime girebilir.
Düşük enerjili durum
Nihai durum için çok sınırlı sayıda olasılık vardır. En muhtemel olasılık iki veya daha fazla gama ışını fotonunun oluşturulmasıdır. Enerjinin korunumu ve doğrusal momentum sadece bir fotonun oluşturulmasını yasaklar. (Bu kuralın bir istisnası, sıkıca bağlı atomik elektronlar için ortaya çıkabilir.) En yaygın durumda, her biri elektronun veya pozitronun geri kalan enerjisine eşit enerjiye sahip iki foton oluşturulur (60.511 MeV). Uygun bir referans çerçevesi, sistemin imhadan önce net doğrusal momentuma sahip olmamasıdır; çünkü böylelikle çarpışmadan sonra gama ışınları zıt yönlerde yayılır. Üçü için de yaygındır, çünkü bazı açısal momentum hallerinde, bunun şarj paritesini korumak için gerekli olması gerekir. Daha fazla sayıda foton oluşturmak da mümkündür, ancak her ek foton ile olasılık daha düşük hale gelir, çünkü bu daha karmaşık süreçler daha düşük olasılık genliğine sahiptir.
Nötrinolar elektronlardan daha küçük bir kütleye sahip olduklarından, anhilasyonun bir veya daha fazla nötrino-antinötrino çifti üretmesi de mümkündür, ancak bu son derece düşük bir olasılıktır. Bu tür bir işlem için olasılık, fotonların yok edilmesinden 10000 kat daha az muhtemeldir. Aynı durum, elektronlarla en az bir temel etkileşimi paylaştığı ve onu yasaklayan koruma yasaları olmadığı sürece, elektronlardan hafif olan diğer parçacıklar için de geçerli olacaktır. Bununla birlikte, bu tür başka hiçbir parçacık bilinmemektedir.
Yüksek enerjili durum
Eğer elektron veya pozitron ya da her ikisi de, kayda değer kinetik enerjilere sahipse, göreceli hızlarda bu parçacıkların geri kalan enerjilerini sağlamak için yeterli kinetik enerji olduğundan, diğer ağır parçacıklar da üretilebilir (örneğin D mezonları veya B mezonları). Alternatif olarak, fotonlar ve diğer ışık parçacıkları üretmek de mümkündür, ancak bunlar daha yüksek kinetik enerjiler ile ortaya çıkacaktır.
Parçacık hızlandırıcılarında şu ana kadar elektron-pozitron anhilasyonu ile üretilen en ağır parçacık çiftleri - çiftleridir (kütle 80.385 GeV / c 2 2). En ağır tek yüklü parçacık ise Z bozonudur. (kütle 91,188 GeV / C2).
Pratik kullanımlar
Pozitron emisyon tomografisi (PET) ve pozitron anhilasyon spektroskopisi (PAS), elektron - pozitron anhilasyonu temeline dayanan yöntemlerdir. Ayrıca metallerdeki Fermi yüzeyinin ve bant yapısının, Elektron Pozitron Anhilasyonu Radyasyonunun Açısal Korelasyonu adı verilen bir teknikle ölçülmesinde kullanılır. Aynı zamanda pozitron anhilasyon spektroskopisi, metallerde ve yarı iletkenlerde kristalografik kusurların çalışılmasında kullanılır ve boşluk tipi kusurlar için tek doğrudan inceleme metodu olarak kabul edilir.
Ters reaksiyon
Elektron-pozitron anhilasyonunun ters reaksiyonu olan elektron - pozitron oluşturma, iki foton fiziği tarafından kontrol edilen bir çift üretim şeklidir.