چرا می‌گوییم نور ماهیت ذره ای دارد؟

4) تولید زوج:

دیراک در سال ۱۹۲۸ با ترکیب نسبیت خاص و مکانیک کوانتوم موفق شد تا کوانتوم را تا قلمرو پدیده های نسبیتی گسترش دهد. این نظریه وجود یک ذره را با جرم و مقدار بار برابر با الکترون ولی با بار مثبت پیش بینی میکرد. در سال ۱۹۳۲ اندرسون این ذره را که پوزیترون نامیده میشود کشف کرد.

هنگامی که تابش الکترومغناطیس با بسامد بالا از داخل یک ورقه نازک فلزی عبور کند فوتون های این تابش با تولید جفت ذره الکترون و پوزیترون، نابود می‌شوند. حداقل انرژی فوتون برای تولید زوج باید اندازه مجموع انرژی های سکون الکترون و پوزیترون (2mec²) (که me جرم الکترون و پوزیترون می‌باشد) باشد که چنین انرژی را فوتون های پرتو X و پرتو گاما دارند. بنابراین جذب فوتون ها در برهمکنش با ماده در انرژی های کم از طریق اثر فوتوالکتریک، در انرژی های متوسط از طریق اثر کامپتون و در انرژی های زیاد از طریق تولید زوج روی می‌دهد. به دلیل پایستگی بار، انرژی و تکانه، این فرایند (تولید زوج) نمی‌تواند در فضای خالی روی دهد. برای انجام این فرایند باید فوتون در یک میدان خارجی مانند میدان کولنی اطراف هسته یک اتم باشد. یک جفت الکترون پوزیترون زمانی تولید می‌شود که فوتون به هسته اتم برخورد کند.

عکس فرایند تولید زوج هم روی می‌دهد. پوزیترون در عبور از ماده و در جریان برخورد های متوالی انرژی از دست می‌دهد، تا آنکه ضمن ترکیب با یک الکترون پوزیترونیوم تشکیل دهند. پوزیترونیوم عمر کوتاهی دارد و به سرعت وامی‌پاشد و فوتون تولید میکند. پوزیترونیوم مانند هیدروژن است که به جای پروتون پوزیترون جایگزین شده است. زمانی که یک الکترون و یک پوزیترون با هم برخورد کنند یک دیگر را نابود می‌کنند و موجب تابش الکترومغناطیس می‌شوند که دست کم دو فوتون با انرژی (𝑚𝑒)𝑐² تولید می‌کنند. به دلیل اینکه این الکترون و پوزیترون در مجاور هم در حال سکون اند اندازه حرکت سیستم صفر است و باید پایسته بماند به دلیل اینکه فوتون با اندازه حرکت صفر نمی‌تواند وجود داشته باشد بنابراین محتمل ترین حالت این است که دو فوتون با اندازه حرکت مساوی اما در خلاف جهت هم تولید شوند در این صورت اندازه حرکت پایسته می‌ماند.
که این فرایند فیزیکی هم تاییدی است بر اینکه نور ماهیت ذره گونه دارد.

🆔 @Physics3p