|
|
|
Πώς γίνεται η δίδυμος γένεση και η εξαϋλωση;Συχνές ερωτήσεις, Μάρτιος 2008 |
|
Η δίδυμος γένεση είναι το φαινόμενο της παραγωγή ενός ζεύγους κάποιου σωματιδίου και του αντισωματιδίου του. Το φαινόμενο αυτό γίνεται από ένα φωτόνιο υψηλής ενέργειας (πχ ακτίνες γάμμα) ή ένα άλλο ουδέτερο μποζόνιο, όταν διέρχεται μέσα από ένα ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο (πχ το ηλεκτρικό πεδίο που σχηματίζεται κοντά στον πυρήνα ενός ατόμου).
Επίσης, όταν παράγεται ένα ζεύγος (πχ ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο) δεν πρέπει να παραβιάζεται η διατήρηση της ορμής. Κι επειδή η ορμή του αρχικού φωτονίου πρέπει να απορροφηθεί από κάτι, η παραγωγή του ζεύγους δεν μπορεί να εμφανιστεί στο κενό διάστημα από ένα μόνο φωτόνιο. Έτσι, απαιτείται η παρουσία ενός πυρήνα για να διατηρηθεί η ορμή και η ενέργεια. Όπως αναφέρθηκε η παραγωγή του ζεύγους μπορεί μόνο να εμφανιστεί μόνο εάν το φωτόνιο έχει ενέργεια που υπερβαίνει το διπλάσιο της μάζας ηρεμίας του σωματιδίου (λόγω της σχέσης ενέργειας-μάζας E = mc2). Το ίδιο συμβαίνει στην παραγωγή και των άλλων λεπτονίων (σωματίδιο ταυ και μιόνιο), μόνο που εδώ η ενέργεια του φωτονίου πρέπει να είναι πολύ μεγαλύτερη. Αυτές οι αλληλεπιδράσεις παρατηρήθηκαν αρχικά στον θάλαμο φυσαλίδων του Patrick Blackett, που πήρε γι αυτό το βραβείο Νόμπελ του 1948 στη φυσική. Στην ημικλασσική γενική σχετικότητα, η παραγωγή ζεύγους μπορεί να εξηγήσει και το φαινόμενο της ακτινοβολίας Hawking. Σύμφωνα με την κβαντομηχανική, συνεχώς εμφανίζονται και εξαφανίζονται συνεχώς για απειροελάχιστα χρονικά διαστήματα, βραχύβια ζεύγη σωματιδίων-αντισωματιδίων (εικονικά σωματίδια). Επίσης, σε μια περιοχή ισχυρών παλιρροιακών δυνάμεων βαρύτητας, τα δύο σωματίδια μπορούν μερικές φορές να διαχωριστούν προτού να προλάβουν να εξαϋλωθούν αμοιβαία προς ένα φωτόνιο. Όταν αυτό συμβαίνει στην περιοχή γύρω από μια μαύρη τρύπα, τότε ένα σωματίδιο μπορεί να δραπετεύσει έξω από την μαύρη τρύπα, ενώ το αντισωμάτιό του συλλαμβάνεται από την μαύρη τρύπα. Η παραγωγή ζεύγους ή δίδυμος γένεση είναι επίσης ο υποτιθέμενος μηχανισμός πίσω από την έκρηξη των υπερκαινοφανών. Μια ακτίνα γάμμα πολύ υψηλής ενέργειας μέσα στον πυρήνα του άστρου παράγει ένα ζεύγος που διαφεύγει προς τα έξω. Το αποτέλεσμα αυτής της παραγωγής του ζεύγους χαμηλώνει ξαφνικά την πίεση μέσα σε ένα υπεργιγάντιο άστρο, οδηγώντας το σε μια μερική κατάρρευση, και έπειτα σε μια εκρηκτική θερμοπυρηνική καύση. Πιστεύεται ότι η σουπερνόβα SN 2006gy πως είναι μια σουπερνόβα του τύπου παραγωγής ζευγών σωματίου-αντισωματίου. Εξαΰλωση Η εξαΰλωση είναι το αντίθετο φαινόμενο της δίδυμου γένεσης. Όταν για παράδειγμα ένα ηλεκτρόνιο και ένα ποζιτρόνιο αντιδρούν μεταξύ τους λόγω του αντίθετου φορτίου τους δημιουργούνται δύο ακτίνες γάμμα. Σε αυτό το φαινόμενο οφείλεται και η εξαφάνιση της αντιύλης στο πρώιμο σύμπαν. Η διαδικασία αυτή ικανοποιεί Ας σημειωθεί ότι σε λίγες περιπτώσεις αντί για δύο φωτόνια γάμμα δημιουργούνται άλλα σωματίδια πχ μεσόνια ή μποζόνια W+/W- κλπ.
Πηγή: Wikipedia |
Για να γίνει η παραγωγή του ζεύγους (πχ ηλεκτρόνιο και
ποζιτρόνιο) πρέπει η ενέργεια του φωτονίου να είναι τουλάχιστον ίση με την
ολική μάζα ηρεμίας των δύο σωματιδίων (2x1.022 KeV στην περίπτωση του
ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου),
και ότι η κατάσταση επιτρέπει και στην ενέργεια και στην ορμή να
διατηρηθεί. Όλοι οι άλλοι κβαντικοί αριθμοί των δύο σωματιδίων που
παράγονται και διατηρούνται (στροφορμή και ηλεκτρικό φορτίο), πρέπει να
έχουν άθροισμα μηδέν - έτσι τα δύο σωματίδια θα έχουν αντίθετες τιμές
αυτών των κβαντικών αριθμών. Για παράδειγμα, εάν το ένα σωματίδιο έχει
θετικό φορτίο το άλλο θα έχει αρνητικό, ή αν το ένα έχει παραξενιά (strangeness)
+1 τότε το άλλο πρέπει να έχει παραξενιά (strangeness) -1. 