A-level 物理 (进阶物理)/正负电子对产生与湮灭

正负电子对产生

有时，光子会变成一个粒子及其反粒子，例如电子和正电子。它不能变成只有一个电子，因为这会导致轻子数不平衡。光子必须具有足够的能量来产生这两个粒子的质量。产生一个粒子的能量由下式给出

$E=mc^{2}$,

其中 m 是粒子的质量，c 是光速 (3 x 10⁸ ms⁻¹)。然而，必须产生两个粒子。由于这两个粒子是彼此的反粒子，所以它们具有相同的质量。因此，所需的总能量为

$E=2mc^{2}$

湮灭

当一个粒子遇到其反粒子时，两者会相互湮灭，形成 2 个光子（由于动量守恒），总能量相当于两个粒子的总质量能量。

有时，一对粒子会湮灭，但光子会产生另一对粒子。此外，光子会产生一对粒子，然后相互湮灭。

问题

h = 6.63 x 10⁻³⁴ Js

1. 电子的质量为 9.11 x 10⁻³¹ kg。光子必须具有多少最小能量才能产生电子？

2. 一个 1.1 MeV 的电子与一个 1.1 MeV 的正电子湮灭。产生的光子的总能量是多少？

3. 它的频率是多少？

4. 它的波长是多少？

5. 新产生的电子-正电子对很可能立即湮灭。在什么情况下可以避免这种情况？

解答