Кинетическая энергия против потенциальной энергии в отношении создания частиц

Итак, я знаю, что когда вы сталкиваете частицы с достаточно высокой кинетической энергией (кинетическая энергия =, по крайней мере, массе покоя частиц, которые вы создаете), вы получаете частицы.

Почему потенциальная энергия не может создавать частицы? Скажем, у вас есть электрон, удерживаемый при таком потенциале, что количество потенциальной энергии, которое он имеет, равно, по крайней мере, массе покоя частицы, которую вы хотите создать. Почему потенциальная энергия не переходит напрямую в энергию массы покоя? Потребуется ли для этого исчезновение всего, что создает потенциал, потому что потенциальная энергия превращается в частицу? Это не должно нарушать никаких законов сохранения энергии, не так ли?

Другой вопрос, который относится к моему предыдущему вопросу, скажем, у нас есть фотон с энергией 512 кэВ. Что мешает этому фотону превратиться в электрон с кинетической энергией 1 кэВ?

Ответы (3)

Достаточно сильное статическое электрическое поле может создавать настоящие пары частица-античастица из вакуума, так что да, потенциальная энергия может способствовать созданию частиц. Это называется эффектом Швингера и было предсказано Швингером в 1950-х годах. Оригинал статьи здесь Ссылка .

Формула Швингера дает

Н В Т "=" е 2 Е 0 2 4 π 3 н "=" 1 1 н 2 опыт ( н м 2 π е Е 0 )
где Н e+e- пары производятся в объеме В и время Т статическим однородным электрическим полем Е 0 . Это означает, что порог, при котором можно увидеть любое образование пары, составляет около м 2 / е или приблизительно 1,3 Икс 10 8 В/м.

Что касается вашего последнего вопроса, фотон не может превратиться в электрон из-за сохранения заряда (и некоторых других сохраняющихся чисел). Он не может превратиться в е+е- пару и в вакууме, потому что энергия и импульс не могут сохраняться одновременно - это следствие безмассовости фотона. Однако фотон может распасться на e+e- в присутствии какой-то другой материи, которую он рассеивает, что позволяет ему сохранять как энергию, так и импульс.

По аналогии с рождением пар электрическим полем в вакууме происходит ионизация атома сильным электрическим полем. Порог ионно-электронного рождения здесь гораздо меньше.
+1 за «О калибровочной инвариантности и поляризации вакуума», это прекрасная статья.

Не то, чтобы другие ответы были неправильными или что-то в этом роде, но вот что-то по-другому об этом думать:

Когда частица создается, процесс, который создает частицу, является (1) локальным , что означает, что частица создается в том же месте, откуда исчезает энергия, использованная для ее создания, и (2) подчиняется законам сохранения для различных количественных значений ( обычно называемые «зарядами»), такие как заряд, полная энергия и т. Д. Но потенциальная энергия часто является функцией положения и одной из этих сохраняющихся величин. Итак, поскольку процессы создания частиц не меняют ни местонахождение, ни количество сохраняющегося заряда, конечные продукты (включая вновь созданную частицу) будут иметь то же количество потенциальной энергии, что и первоначальные «реагенты». Следовательно, нет никакой дополнительной потенциальной энергии, которую вы могли бы использовать для создания частиц.

Конечно, можно придумать исключения из этого, как указано в некоторых других ответах. В некоторой степени это зависит от того, что вы считаете частицей. (Я думаю, что этот аргумент лучше всего работает с точки зрения чистой КТП, когда вы рассматриваете носители взаимодействия как собственные частицы, но опять же, в этом случае потенциальной энергии в любом случае не существует.)

В принципе, вы можете создавать частицы с потенциалом, типичным случаем является ограничение цвета . Но я считаю, что вам потребуются плотности поля, которые помещают необходимую энергию в очень маленькое пространство, поэтому это работает с сильным взаимодействием, но мы не видим, чтобы это было сделано с другими.

Фотон (на оболочке) не может просто превратиться в электрон (на оболочке), потому что такой процесс не сможет сохранить ни энергию, ни импульс.

Что вы имеете в виду под словом "на скорлупе"? Также не могли бы вы подробнее рассказать о том, почему фотон не может сохранять и энергию, и импульс?
@QEntanglement: «На оболочке» означает реальную (т.е. не виртуальную) частицу, которая может существовать вне квантовой флуктуации. Это эквивалентно утверждению, что он имеет «правильную» массу, где масса правильно понимается как квадрат 4-вектора энергии-импульса Лоренца, что должно указать вам, почему γ е должны нарушать и то, и другое.
Кроме того, нужно беспокоиться об экономии заряда.
@David: ... и число лептонов и вращение. Детали, детали.
Спасибо! Я забыл о сохранении заряда, лептонном числе и спине. Хорошо, принимая во внимание эти детали. Я хотел бы перефразировать свой вопрос. Чем определяется вероятность того, что фотон с достаточной энергией не превратится в пару электрон-позитрон?