پدیده نابودی زوج

[mona-physic]

یکی از نتایج اصل هم ارزی جرم و انرژی این است که این دو می‌توانند به یکدیگر تبدیل شوند. مشاهده تجربی این مسیله در فرایندهای مختلف مانند اثر فوتوالکتریک ، اثر کامپتون ، پدیده تولید زوج و … انجام شده است. در پدیده تولید زوج تابش الکترومغناطیسی در مجاورت یک هسته سنگین به دو ذره الکترون و پوزیترون واپاشیده می‌شود، اما پوزیترون نمی‌تواند طول عمر زیادی داشته باشد، چون فضا پر از الکترون است، لذا پوزیترون بعد از مدت کوتاهی از تولید شدن با یک الکترون ترکیب شده و از بین می‌رود و به جای آن فوتون یا تابش الکترومغناطیسی ایجاد می‌شود که به این پدیده نابودی زوج میگویند.



شرایط اولیه نابودی زوج

نابودی زوجهای ذره و پادذره و همراه با آن آفرینش فوتونها ، عمل عکس تولید زوج است. نابودی ماده و آفرینش انرژی الکترومغناطیسی را برای حالتی در نظر می‌گیریم که الکترون و پوزیترون نزدیک به هم و اساسا ساکن باشند. در آغاز اندازه حرکت خطی کل این دو ذره صفر است، بنابراین وقتی این دو ذره به هم می‌پیوندند و نابود می‌شوند، یک تک فوتون نمی‌تواند آفریده شود، زیرا این عمل باعث نقض قانون بقای اندازه حرکت خطی می‌شود، ولی اگر دو فوتون آفریده شوند که با اندازه حرکتهای مساوی و در جهتهای مخالف حرکت کنند، اندازه حرکت خطی می‌تواند پایسته بماند.
چنین زوج فوتونهایی دارای فرکانسها و انرژیهای یکسان هستند. در واقع می‌توان گفت که سه یا چند فوتون می‌توانند آفریده شوند، ولی با احتمال به مراتب کمتر از آفرینش دو فوتون. همین طور ، وقتی چندین زوج الکترون و پوزیترون در نزدیکی یک هسته سنگین نابود می‌شوند، تعداد کمی ‌از این نابودیها یک تک فوتون تولید خواهند کرد.






سرنوشت نهایی پوزیترون

سرنوشت نهایی پوزیترونها بعد از تولید در پدیده تولید زوج ، نابودی است. وقتی که یک پوزیترون با انرژی بالا ظاهر می‌شود، هنگام عبور از ماده ، در اثر برخوردها ، انرژی جنبشی خود را از دست می‌دهد و سرانجام با سرعت پایین حرکت می‌کند. آنگاه این پوزیترون با یک الکترون ترکیب می‌شود و تشکیل یک دستگاه مقید به نام پوزیترونیوم می‌دهد که خیلی سریع (در مدت ۱۰- ^ ۱۰ ثانیه) به دو فوتون با انرژی مساوی واپاشیده می‌شود.
از این رو ، مرگ یک پوزیترون با ظهور دو کوانتوم نابودی یا دو فوتون ، که انرژی هریک ۰،۵۱ میلیون الکترون ولت است، خبر داده می‌شود. قابلیت فنا شدن پوزیترونها به دلیل ناپایداری ذاتی نیست، بلکه به خاطر احتمال زیاد برخورد آنها و نابودیهای بعدی با الکترونهاست.

جهان فرضی

در جهانی که ما در آن زندگی می‌کنیم، کثرت تعداد الکترون ، پروتون و نوترون (در حالت کلی ذره) برقرار است، بنابراین زمانی که پادذره‌های این ذرات خلق می‌شوند، بلافاصله طی فرایندهایی نابود می‌شوند، اما می‌توان فرض کرد که بخشی از جهان وجود دارد که در آن تعداد پوزیترون ، پادپروتون ، پادنوترون (در حالت کلی پادذره) زیاد است. هرچند این امر در حال حاضر فقط در حد یک حدس و گمان است.

منبع:
http://atwis.com