Образование гамма-частиц при аннигиляции:
Аннигиляция происходит при столкновении позитрона с электроном с образованием гамма-кванта и двух гамма-квантов.
Образование гамма-частиц при ядерных реакциях:
1. Гамма-частицы (корпускулы) образуются при ядерных реакциях в результате переходов возбуждённых ядер в состояния с меньшей энергией.
2. Гамма-частицы (корпускулы) образуются при термоядерных реакциях при образовании нуклонных связей.
Процесс аннигиляции позитрона и электрона подчиняется фундаментальным законам сохранения, таким как:
Закон сохранения энергии: При аннигиляции корпускул электрона и позитрона их массы объединяются и преобразуются в корпускулу — «легкую» гамма-частицу с массой 1,022 МэВ. При этом заряд позитрона и электрона сохраняется.
Из находившихся внутри позитрона и электрона полей образуются два гамма-кванта с энергией 0,511 МэВ каждый.
Закон сохранения импульса: Суммарный импульс в системе центра масс позитрона и электрона до процесса превращения равен нулю, но если бы при аннигиляции возникал только один фотон, он бы уносил импульс, который не равен нулю в любой системе отсчёта.
Образовавшиеся гамма-кванты (фотоны) летят в противоположные стороны.
Рождение пар: — процесс возникновения частица-античастица (позитрон и электрон) из гамма-частицы при.
Образование позитронно-электронной пары (рождение пар) — процесс в физике элементарных частиц, при котором из электромагнитной энергии (фотонов высокой энергии — гамма-излучения) образуются электрон и позитрон. Это один из возможных способов взаимодействия гамма-лучей с материей, доминирует при высоких энергиях.
Законы сохранения: — энергия, импульс и квантовые числа должны сохраняться.
Одна из легких гамма-частиц, входящих в состав тяжелой гамма-частицы, спонтанно образует позитронно-электронную пару. Это происходит в соответствии с известными законами физики элементарных частиц, в частности, с условиями рождения пар.
Энергия гамма-кванта (фотона) должна быть выше пороговой — общей массы покоя образующихся частиц. Пороговая энергия — 1,02 МэВ (2 × 0,511 МэВ), поскольку масса покоя одного электрона эквивалентна энергии 0,511 МэВ.
Гамма-квант (фотон) должен находиться в поле ядра или массивной заряженной частицы. Образование пар в свободном пространстве невозможно из-за законов сохранения энергии и импульса.
Процесс происходит не внутри ядра, а около него — в области, имеющей размер комптоновской длины волны электрона (2,4⋅10−10 см).
Процесс может происходить в недрах звезд при экстремальных условиях.
Экспериментальное подтверждение:
Впервые рождение электрон-позитронных пар гамма-квантами наблюдали Ирен и Фредерик Жолио-Кюри в 1933 году.
Процесс образования пар — причина возникновения электрон-фотонных ливней в космических лучах: если гамма-частица, возникающий в результате радиационного торможения электрона, имеет энергию выше пороговой, то он может образовать пару, электрон и позитрон которой снова создают гамма-кванты радиационного торможения, и т. д.
Ученые Института ядерных исследований РАН вместе с коллегами из МГУ обнаружили космическую частицу гамма-частицу с энергией в размере 300 тераэлектронвольт (ТэВ). Частицу связали с ярким гамма-всплеском за всю историю наблюдений – GRB221009A, который произошел в результате взрыва сверхновой на расстоянии более двух миллиардов световых лет от Земли.
Масса гамма-частицы определяется уравнением mƔ= n * (mе + mр), где:
mƔ — масса гамма частицы;
n — количество про аннигилировавших позитронно-электронных пар «легких» гамма-частиц массой 1,022 МэВ = (mе + mр) в массивной гамма-частице;
mе и mр — массы электрона и позитрона соответственно.
При этом каждая «легкая» гамма-частица может иметь дополнительную энергию вследствие захвата гамма-частицей квантов электронного и позитронного полей до 1,022 МэВ дополнительно, как это происходит в нейтроне.
«Массивные» гамма-частицы образуются из «легких» гамма-частиц (1,022 МэВ) в сверхновых звездах в условиях экстремальной плотности и давления корпускулярной и волновой материи — позитронно-электронных, магнитных и гравитационных полей.
«Массивные» гамма-частицы состоят из легких гамма-частиц по 1,022 МэВ, которые подвергаются воздействию полей и накапливают энергию электрического и позитронного полей. При аннигиляции позитрона и электрона, их объемы уменьшаются в сотни раз, кванты полей, попавшие в них выбраться не могут, примерно как при образовании нейтрона из протона и электрона + 0,7823311 МэВ кинетической энергии протона и электрона для преодоления отталкивания керна.
Тяжелая гамма-частица в протоне и нейтроне (керн), согласно ПЭМ, состоит примерно из 94 легких гамма-частиц (по 1,022 МэВ).
А процессе накопления энергии в недрах сверхновой звезды под действием сверх высокого давления, гамма-частицы образуют позитронно-электронные пары внутри массивных гамма-частиц.
Накапливание мюонных мезонов.
В условиях экстремального давления, меньший объем, занимаемый тяжелой гамма-частицей по сравнению с суммарным объемом 94 легких гамма-частиц, делает ее формирование энергетически выгодным. Давление "прессует" легкие гамма-частицы, образуя тяжелую гамма-частицу с позитроном и электроном.
Позитрон и электрон взаимодействуют с тяжелой гамма-частицей и мюонными мезонами, формируя нейтрон, при этом электрон выдавливается из керна радиусом порядка 0,25 фм.
Эти мезоны образуют структуру "куба", окружающего гамма-частицу, как описано в предыдущих разделах ПЭМ.
Образовавшийся нейтрон нестабилен вне ядра или высокого давления и распадается на протон и электрон с выделением энергии примерно 0,7823311 МэВ в аиде кинетической энергии протона и электрона.