13März
Physik: Paarbildung
Unter der Paarbildung versteht man in der Physik die Bildung von einem Elektron und einem Positron, welche aus energiereichen elektromagnetischen Wellen entstehen. Das Elektron ist negativ geladen und das Positron positiv, die Ladungen heben sich auf. Das Positron ist ein Teil der Antimaterie, so ist das Positron das Antiteilchen zum Elektron.
Wichtig für die Paarbildung:
- Das Elektron und das Positron haben ziemlich genau die gleiche Masse (9,10938 * 10^-31 kg)
- Die elektromagnetische Strahlung muss mindestens die Energie besitzen, um die Masse zu erzeugen ( E = 2 * m * C² ). Die Masse wird mit zwei Multipliziert, da zwei Teile entstehen
- Die Geschwindigkeiten der zwei Teilchen sind gleich groß
Vorgang:
Ein elektromagnetische Welle (Gammastrahlung) muss auf eine Masse treffen, man verwendet vornehmlich Blei. Durch den Aufprall des Photons wird Impuls an das Atom abgegeben. Fast die gesamte Energie wird in die Masse des Paars umgewandelt sowie deren kinetischen Energie. Ein kleiner Restteil der Energie wird an das Atom abgegeben. Die kann man allerdings oft vernachlässigen.
Benötigte Energie:
Zur Erzeugung der Masse wird die Energie W1 = 2 * m * C² benötigt. Die restliche Energie wird in kinetische Energie, W2 = m * v², umgewandelt (das ½ kürzt sich mit der doppelten Masse). Die Energie der Strahlung muss also W1 + W2 betragen um die Geschwindigkeit v zu erhalten.
Mindestenergie:
Damit die Paarbildung überhaupt auftreten kann, muss die elektromagnetische Welle mindestens die Energie W1 = 2 * m * C² enthalten. Dies sind 1,022 MeV (Mega Elektronenvolt). Mit dieser Energie bewegen sich die Teilchen nicht.
Impulserhaltung:
Auch bei diesem Vorgang ist die Impulserhaltung gegeben. Die zwei Impulse der Teilchen sind allerdings um einiges kleiner als die des Photons. Der restliche Impuls wird an das Atom bei dem Aufprall abgegeben. Sollte der Strahlungswinkel der zwei Teilchen 180° groß sein, so wird der gesamte Impuls des Photons an das Atom abgegeben. Die zwei Impulse der Teilchen heben sich auf, da sie in genau die entgegengesetzte Richtung laufen.
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