Aniquilación y producción de pares PDF

Preview

Summary

conceptos de aniquilacion y produccion de pares...

Description

Aniquilación y producción de pares La creación de pares reales partícula – antipartícula a partir de un fotón en el vacío es un acontecimiento que no sucede en la Naturaleza. La formación de pares a partir de fotones individuales solo puede acontecer en presencia de materia, cuya intervención es imprescindible para permitir la conservación simultánea de la Energía y de la Cantidad de Movimiento. Gregory Breit y John A. Wheeler describieron este proceso en 1934, en Physical Review. Aunque este proceso es una de las manifestaciones de la equivalencia MasaEnergía, a fecha de mayo del 2014 no se había observado todavía en la práctica, por la dificultad de preparar haces de rayos gamma que colisionasen. Sin embargo, en 1997, investigadores en el Standford Linear Accelerator Centre consiguieron llevar a cabo el llamado proceso multi-fotón Breit-Wheeler utilizando electrones para generar primero fotones de alta energía, que sufrían luego choques múltiples produciendo electrones y positrones, todo dentro de la misma cámara. El año 2014 se propuso un modelo de colisionador fotón-fotón, en el que simulaciones Monte-Carlo sugieren que es capaz de producir del orden de 10(5) pares Breit-Wheeler en un solo disparo. El astrónomo catalán Josep Comas i Solá (1868-1937), en la 3ª edición, 1933, de su libro de divulgación: ‘Astronomía’, Ed Labor, pag. 197, escribe: ‘El autor de este libro cree haber probado que la interpretación de la velocidad radial por el desplazamiento del espectro hacia el rojo es errónea, y que este desplazamiento se debe no precisamente a una velocidad radial, sino a la disminución de frecuencia ondulatoria de las radiaciones procedentes de aquellas remotísimas nebulosas, a consecuencia, cuando menos, de los choques mutuos de unos rayos con otros ocurridos durante tan formidable viaje, choques que darían como resultado la expulsión de fotones o elementos de radiación, con la consiguiente disminución de frecuencia ondulatoria. Se denomina proceso Breit-Wheeler a la emisión de pares positrón-electrón a partir de un fotón-sonda que se propaga en un campo electromagnético polarizado por un pulso corto (por ejemplo, un Laser).Este proceso sería el mecanismo más simple por el cual puede transformarse una luz pura en materia. Proceso por el cual una partícula de energía suficiente crea dos o más partículas diferentes. Este proceso es característico de los aceleradores de partículas, donde se hacen colisionar partículas como electrones y positrones de muy alta energía apareciendo toda clase de partículas que desconocíamos anteriormente.

También es característico en algunas reacciones nucleares de alta energía y en los rayos cósmicos, donde se generan fotones (o rayos gamma) de alta energía que pueden crear dos o más partículas de masa igual o menor a la energía del fotón. Para que se dé este proceso de creación de pares es imprescindible que exista en las cercanías del fotón inicial un núcleo, cuya presencia es la que permite que se cumplan las leyes de conservación de momento y energía. En física, la aniquilación partícula-antipartícula se refiere al encuentro de una partícula material con su respectiva antipartícula, en el que toda la masa de ambas partículas se transforma en energía y/u otras partículas. Si una partícula y su antipartícula se encuentran en los estados cuánticos apropiados, entonces pueden aniquilarse la una a la otra y producir energía u otras partículas. La aniquilación positrón-electrón es la conversión de toda la masa de un electrón y su antipartícula, el positrón, en energía tras una colisión. Es la forma más observada de aniquilación partícula-antipartícula. Puesto que la aniquilación de pares es un proceso fruto de la interacción electromagnética la energía siempre se emitirá en forma de rayos gamma. Si las partículas están en reposo (o a velocidades muy inferiores a las de la luz) el resultado de la aniquilación serán 2 fotones emitidos en la misma dirección pero con sentidos opuestos de 0.511 MeV cada uno. Cifra esta que coincide exactamente, como era de esperar, con las masas en reposo del electrón y del positrón. Normalmente ambas partículas formarán previamente un estado ligado conocido como positronio el cual es inestable y termina siempre con la aniquilación. Sin embargo, si las partículas chocan a velocidades cercanas a las de la luz estas se aniquilarán al vuelo sin formar un estado metaestable previo. Los fotones resultantes podrán formar ángulos distintos de 180º en sus trayectorias de salida y serán más energéticos, pudiendo volver a generar pares de partículas, incluso de masas mayores a la del electrón. Este hecho es usado en los aceleradores de partículas (como el LEP), donde éstas son aceleradas, y en algunos casos aniquiladas, con sus respectivas antipartículas. El aspecto del registro de una secuencia de aniquilaciones, creaciones y decaimientos, hace que se le de a esta secuencia el nombre de cascada. A altas energías pueden crearse otras partículas como mesones B o bosones W y Z. Todos los procesos deben satisfacer unas determinadas leyes de conservación, que incluyen: Conservación de la carga eléctrica. La carga neta antes y después es cero.

Conservación del momento lineal y de la energía total. Ello prohíbe la creación de un único fotón gamma, siempre se generarán como mínimo dos para garantizar la conservación simultánea de ambas magnitudes. El proceso recíproco, la desintegración en el vacío de un único fotón en un par partícula/antipartícula también está prohibido por el mismo motivo. Aun así, en teoría cuántica de campos la creación de un único fotón virtual sí está permitida, siempre que su energía y su tiempo de vida no violen la relación de indeterminación de Heisenberg. Conservación del momento angular. Al igual que cualquier par de objetos cargados, los electrones y los positrones también pueden interactuar entre ellos sin aniquilación, en general por dispersión elástica. La conservación de la energía y del momento lineal prohíben la creación de un único fotón (una excepción a esta regla puede ocurrir con electrones atómicos fuertemente enlazados). En el caso más común, se crean dos fotones, cada uno con energía igual a la masa en reposo del electrón o el positrón Si el electrón, el positrón, o ambos, tienen energías cinéticas apreciables, se puede producir otras partículas pesadas (como mesones D o mesones B), ya que existe suficiente energía cinética en las velocidades relativas para darles la energía en reposo de estas partículas. Alternativamente, es posible producir fotones y otras partículas ligeras, pero surgen con energías mayores. El proceso de aniquilación electrón-positrón es el fenómeno físico básico que permite la tomografía por emisión de positrones (TEP/PET) y la espectroscopía por aniquilación de positrones (PAS). También se usa como método para medir la superficie de Fermi y la estructura de bandas en metales con una técnica llamada correlación angular de radiación de aniquilación electrón-positrón....