粒子產生

在原子核物理學中，粒子產生（pair production）指的是基本粒子和其反粒子的創生，例如，電子和其反粒子正子，μ子與反μ子，τ子與反τ子。通常當一個光子或另外一個中性玻色子，與原子核或另外一個中性玻色子或甚至自己本生相互作用時，會發生成對產生。在原子核里，一個高能量光子會因成對產生而形成電子和正子對偶。這過程必須遵守能量守恆定律和動量守恆定律。生成的粒子的所有其它守恆量（例如角動量、電荷量、輕子數）都必須總和為零。根據質能轉換公式，光子的能量必需等於兩個電子的質量，其中一半轉換成電子，另一半則轉換成正電子。當然，只要光子的能量符合的話，形成其它質量更大的也可以（像是μ子、τ子等）。光子與物質相互作用的機率隨著光子能量的增加而增加，並且近似原子數的平方近似增加。

這個現象首次由派屈克·布萊克特發現，而因此他得到1948年諾貝爾物理獎。

基本介紹

• 中文名：成對產生
• 外文名：pair production
• 領域：原子核物理學

能量轉換

對於具有高光子能量（MeV等級和更高）的光子，粒子產生是物質與光子相互作用的主要模式。這些相互作用首先在派屈克·布萊克特的反控制雲室中被觀察到，因此得到了1948年諾貝爾物理學獎。如果光子靠近原子核，則光子的能量可以轉化為電子 - 正電子對。光子的能量通過愛因斯坦方程E = mc^2轉換成粒子的質量;其中E是能量，m是質量，c是光速。光子必須具有比用於生產的電子和正電子（2×0.511MeV = 1.022MeV）的其餘質量之和的更高的能量。光子必須在核附近才能滿足動量守恆，因為在自由空間中產生的電子 - 正電子對不能同時滿足能量守恆和動量。因此，當發生配對生產時，原子核受到一些反衝。這個過程的反過程是電子正電子湮滅。

實用價值

粒子產生用來預測假設霍金輻射的存在。根據量子力學，粒子對作為量子泡沫不斷出現和消失。在強引力潮汐地區，有時可能將兩哥粒子相互湮滅，當這種情況發生在黑洞周圍的區域時，一個粒子可以逃逸，而其對應的反粒子被黑洞捕獲。

粒子產生也是假設的對不穩定超新星類型的恆星爆炸背後的機制，其中對產生突然降低超星型內的壓力，導致部分內爆，然後爆炸性熱核燃燒。 超新星SN 2006gy被假設為粒子產生超新星。