Question

Что такое виртуальные электрон-позитронные пары?

Answer 1

Рожде́ние пар — в физике элементарных частиц обратный аннигиляции процесс, в котором возникают пары частица-античастица (реальные или виртуальные). Для появления реальной пары частиц закон сохранения энергии требует, чтобы энергия, затраченная в этом процессе, превышала удвоенную массу частицы. Минимальная энергия, необходимая для рождения пары данного типа, называется порогом рождения пар. Кроме того, для рождения реальной пары необходимо выполнение других законов сохранения, применимых к данному процессу. Так, законом сохранения импульса запрещено рождение одним фотоном в вакууме реальной электрон-позитронной пары (или пары любых других массивных частиц), поскольку единичный фотон в любой системе отсчёта несёт конечный импульс, а электрон-позитронная пара в своей системе центра масс обладает нулевым импульсом. Чтобы происходило рождение пар, необходимо, чтобы фотон находился в поле ядра или массивной заряженной частицы. Этот процесс происходит в области, имеющей размер комптоновской длины волны электрона λ = 2,4 × 10−10 см[1] (или, при рождении пар более тяжёлых частиц, например мюонов μ+μ−, размер их комптоновской длины волны).

Рождение электрон-позитронных пар при взаимодействии гамма-кванта с электромагнитным полем ядра (в сущности, с виртуальным фотоном) является преобладающим процессом потери энергии гамма-квантов в веществе при энергиях выше 3 МэВ (при более низких энергиях действуют в основном комптоновское рассеяние и фотоэффект, при энергиях ниже Ep = 2mec2 = 1,022 МэВ рождение пар вообще отсутствует). Вероятность рождения пары в таком процессе пропорциональна квадрату заряда ядра.

Рождение электрон-позитронных пар гамма-квантами (в камере Вильсона, помещённой в магнитное поле для разделения треков электрона и позитрона) впервые наблюдали Ирен и Фредерик Жолио-Кюри в 1933, а также Патрик Блэкетт, получивший в 1948 за это и другие открытия Нобелевскую премию по физике.

Answer 2

Виртуальные электрон-позитронные пары - это концепция, связанная с квантовой электродинамикой (КЭД), теорией, описывающей взаимодействие электромагнитного поля с заряженными частицами (например, электронами и позитронами).

В квантовой электродинамике, согласно правилам квантовой механики, частицы могут существовать в форме виртуальных частиц на очень короткие промежутки времени. Виртуальные частицы не являются реальными частицами, которые можно обнаружить или измерить непосредственно, но они существуют виртуально, влияя на квантовые взаимодействия между другими частицами.

В контексте виртуальных электрон-позитронных пар, электрон и позитрон (античастица электрона с положительным зарядом) могут временно образовывать пару виртуальных частиц из-за неопределенности Гейзенберга - принципа квантовой механики, который устанавливает, что энергия и время могут быть измерены только с определенной погрешностью. Эта виртуальная пара частиц существует лишь на краткое мгновение, и затем частицы снова аннигилируются, то есть исчезают, и их энергия рассеивается обратно в пространство в виде фотонов (квантов электромагнитного поля).

Виртуальные электрон-позитронные пары имеют важное значение в квантовой электродинамике, поскольку они участвуют в процессах взаимодействия частиц и являются частью силы, известной как кулоновское взаимодействие, ответственное за электромагнитные явления. Помимо этого, они также играют роль в квантовых флуктуациях вакуума и обусловливают некоторые квантовые эффекты, такие как экранирование заряда и другие коррекции квантовой электродинамики.