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Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Paarbildung aus reinen Photonen


CineX
18.01.12, 16:37
Hallo,

ich hätte eine Frage, die mich als laien (ich hoffe das ist kein Problem :confused: ) brennend interessiert. Ist es möglich aus Photonen Teilchen / Antiteilchen Paare wie Elektron / Positron Paare zu erzeugen? Also aus REINEN Photonen (kollision 2er Photonen). Bisher finde ich nur Informationen über Wechselwirkungen zwischen Photonen und Elektronen bzw. Protonen, etc...
Aber klappt das auch, wenn ich 2 Photonen mit ausreichener Energie im Vakuum kollidieren lasse? Können Photonen so miteinander in wechselwirkung treten, dass es zur Paarbildung kommt?
Gibt es da experimentelle Belege dazu?
Leider finde ich recht wenig zu dem Thema im Netz. Nur über den klassischen Fall: Proton trifft auf Elektron / Atomkern. Aber nirgends finde ich Infos darüber, was passiert wenn sich 2 Photonen mit ausreichender Energie begegnen...

Könnt ihr mir weiterhelfen? Gibt es da Experimente?

JoAx
18.01.12, 16:52
Willkommen im Forum, CineX!


Ist es möglich aus Photonen Teilchen / Antiteilchen Paare wie Elektron / Positron Paare zu erzeugen? Also aus REINEN Photonen (kollision 2er Photonen).


Ja. Das ist möglich, und wurde bereits 1997 realisiert:

Materie aus Licht (http://www.zeit.de/1997/41/Materie_aus_Licht)

"Google-Tipp": 'materie aus licht'

Gruß, Johann

CineX
18.01.12, 20:53
Hallo,

vielen Dank für den Link. Das ist ja interessant. Also gibt es durchaus experimente, die das belegen.

amc
18.01.12, 21:50
Das ist ja interessant. Also gibt es durchaus experimente, die das belegen.

Hallo CineX,

soweit mir bekannt ist/ich es verstanden habe, bestand nach dem Standardmodell der Kosmologie (auch Urknallmodell eigeschlossen) unser Universum (sehr) kurz "nach Beginn" aus einem einzigen "Strahlenmeer", irgendwie muss hieraus ja nun die uns bekannte Materie enstanden sein. Vielleicht ist es ganz nützlich, diesen Punkt dabei mitzubetrachten.

Grüße, AMC

P.S. Das alles sollte einen nicht zur vereinfachten Aussage treiben: "Wir bestehen alle nur aus Licht" - Das würde der Sache wohl nicht ganz gerecht werden ;)

Ich
18.01.12, 22:12
Hi CineX,

dieser Mechanismus führt dazu, dass besonders energiereiche Photonengase "auskondensieren" und deswegen an Druck verlieren, mit bemerkenswerten Folgen (http://de.wikipedia.org/wiki/Supernova#Paarinstabilit.C3.A4tssupernova). Er wird auch bei Quasaren (http://books.google.de/books?id=vO7KDjwzUK4C&pg=PA82&lpg=PA82&dq=quasar+pair+production&source=bl&ots=SePVQGj8rL&sig=A1HkESP2uYxTyMo7YuuypMyJHdg&hl=de&sa=X&ei=JTQXT4XWKMOtsgav2YVj&ved=0CEwQ6AEwBA#v=onepage&q&f=false)vermutet, wo ein Teil der entstehenden Strahlung nicht entweicht, sondern umgewandelt wird.

CineX
19.01.12, 08:10
@amc

Ja du hast recht. Immerhin sind wir ja nachweislich da, also muss etwas zu unserer Entstehung geführt haben :)

Gibts denn da (abgesehen von den Experiment im o.g. Artikel) auch spezielle kollisionsexperimente die nur mit Photonen arbeiten? Quasi Photon-Photon collider ;-)
Irgendwie finde ich deutlich mehr zu dem Thema, wenn ich auf englischsprachigen Seiten surfe. :o

Timm
19.01.12, 09:55
Gibts denn da (abgesehen von den Experiment im o.g. Artikel) auch spezielle kollisionsexperimente die nur mit Photonen arbeiten? Quasi Photon-Photon collider ;-)
Irgendwie finde ich deutlich mehr zu dem Thema, wenn ich auf englischsprachigen Seiten surfe. :o
Für höchstenergetische Teilchen bleibt uns das kosmische Labor, das auch mit Photonen "arbeitet", wie in diesem Artikel (http://www.suw-online.de/alias/dachzeile/beobachtungen-von-magic-widersprechen-bisheriger-theorie/960493.) beschrieben:
Trifft ein hochenergetisches Gamma-Photon während seiner Reise auf eines der Photonen des Hintergrundlichtes, bildet sich ein Elektron-Positron-Paar. Zerfallen diese Paare wieder, entsteht ein Lichtteilchen, das dem ursprünglichen Gammaquant aber nicht mehr ähnelt – es wird möglicherweise in eine andere Richtung abgestrahlt oder sogar in einem anderen Frequenzbereich.
Nicht erwähnt ist hier, daß für diese Reaktion ein Coulombfeld Voraussetzung ist, wie Hawkwind mal erläutert hat. Bitte korrigier' mich Hawkwind, falls mich mein Gedächtnis trügt.

Hawkwind
19.01.12, 10:23
Für höchstenergetische Teilchen bleibt uns das kosmische Labor, das auch mit Photonen "arbeitet", wie in diesem Artikel (http://www.suw-online.de/alias/dachzeile/beobachtungen-von-magic-widersprechen-bisheriger-theorie/960493.) beschrieben:

Nicht erwähnt ist hier, daß für diese Reaktion ein Coulombfeld Voraussetzung ist, wie Hawkwind mal erläutert hat. Bitte korrigier' mich Hawkwind, falls mich mein Gedächtnis trügt.

Für den erwähnten Prozess ist tatsächlich kein Coulombfeld nötig, Timm. Es gibt ja 2 reelle Photonen, die aneinander streuen.

Du verwechselst das wahrscheinlich mit Paarerzeugung im Feld eines Kerns, wo ein einkommendes Photon mit einem virtuellen Photon des elektrostatischen Kernfeldes wechselwirkt und dabei ein Paar erzeugt, z.B.

http://iopscience.iop.org/1367-2630/11/1/013054/fulltext/

Der Grund ist, dass der Zerfall eines einzelnen Photons in ein reelles Paar kinematisch verboten ist - selbst dann, wenn das Photon hinreichend Energie hätte (verboten wegen kombinierter Energie-/Impulserhaltung). Man braucht immer ein 2. Photon oder ein Feld, mit dem Energie & Impuls ausgetauscht werden kann.

Gruß,
Uli

CineX
19.01.12, 11:11
Für den erwähnten Prozess ist tatsächlich kein Coulombfeld nötig, Timm. Es gibt ja 2 reelle Photonen, die aneinander streuen.

Dann können 2 Photonen quasi miteinander wechselwirken, oder?
Gibt es denn da experimente dazu?

JoAx
19.01.12, 11:25
Hallo CineX!

Dann können 2 Photonen quasi miteinander wechselwirken, oder?
Gibt es denn da experimente dazu?

Wenn du Experimente meinst, in denen tatsächlich 2 und nur 2 Photone vorkommen, dann wird es diese nicht gegeben haben, da, ob es zwischen den Photonen tatsächlich zu einer Wechselwirkung kommt, auch eine Frage der Wahrscheinlichkeit ist. D.h. - du kannst 1000 Paare "kollidieren" lassen und es passiert gar nichts, und beim 1001 passiert etwas. Dann muss der Experimentator es auch merken, dass etwas passiert ist, was auch nicht selbstverständlich ist. Es wäre also ziemlich aufwendig immer nur 2 Photone kollidieren zu lassen.


Gruß, Johann

CineX
19.01.12, 11:30
Ja das ist verständlich. Aber ich meine mal was von gamma gamma kollisionsexperimenten gelesen zu haben. Grundsätzlich gehts mir nur darum, ob das experimentell bereits nachgewiesen wurde, dass 2 oder auch mehrere Photonen unter Paarbildung miteinander wechselwirken können. Der umgekehrte Fall Elektron / Positron -> Photon + Photon funktioniert ja auch.

Hawkwind
19.01.12, 11:39
Dann können 2 Photonen quasi miteinander wechselwirken, oder?
Gibt es denn da experimente dazu?

Ist wohl eine technische Herausforderung, siehe z.B.
http://arxiv.org/PS_cache/hep-ph/pdf/9312/9312228v2.pdf


Experiments on the observation of the processes involving photon-photon collisions are extremely difficult to perform, because they are crossed-beam experiments which require the highest intensities and the most sensitive detection equipment. For this reason at the present time the photon-photon cross sections are still of little interest to the experimental physicist. The scattering of photons by a Coulomb field (Delbrück scattering) is the only observable case at the present time.


Delbrück-Streuung ist die bereits erwähnte Streuung eines Photons am Kernfeld.

CineX
19.01.12, 11:56
Schade, ich dachte man könnte diese Prozesse bereits nachweisen.
JoAx hat weiter oben einen Link eingestellt. Handelt es sich hierbei nicht um eine Photon Photon wechselwirkung?

Hawkwind
19.01.12, 12:02
Schade, ich dachte man könnte diese Prozesse bereits nachweisen.
JoAx hat weiter oben einen Link eingestellt. Handelt es sich hierbei nicht um eine Photon Photon wechselwirkung?

Wer lesen kann, ist im Vorteil: :)


Sie nutzten dazu eng gebündeltes grünes Licht eines Lasers mit 1000 Milliarden Watt Leistung und schossen es gegen Elektronen,


Hervorhebung von mir ...

CineX
19.01.12, 12:12
Achso, ich dachte dass die Photonen durch den Stoß der Elektronen lediglich energie aufgeprägt wird und sie anschließend zur kollision gebracht wurden :rolleyes:

JoAx
19.01.12, 12:24
Wer lesen kann, ist im Vorteil: :)

Sie nutzten dazu eng gebündeltes grünes Licht eines Lasers mit 1000 Milliarden Watt Leistung und schossen es gegen Elektronen,

Hervorhebung von mir ...

Und weiter geht's:

Diese Frontalkollision verglichen die Physiker mit "einem Pingpongball, der auf einen rasenden Lastwagen prallt". Der Stoß schleudert das Photon mit unglaublicher Wucht zurück. Dabei entsteht extrem energiereiche Gammastrahlung, die ihrerseits kollidiert mit nachfolgenden Photonen im Laserstrahl. Daraus entstehen ein Elektron und ein Positron.Hervorhebung von mir. :)


Gruß

Hawkwind
19.01.12, 13:07
jedenfalls ist es kein Photon-Photon-Collider.
Ich dachte, darum ginge es ... ob es solche Kisten gibt ... ?

CineX
19.01.12, 13:20
Eigentlich ging es mir nur um den experimentellen Nachweis, dass ich nur mittels Photonen "Materie" in Form von beispielsweise Elektron / Positron Paare erzeugen kann. Also ob man die Vernichtung von Teilchen / Antiteilchen in Photonen umdrehen kann. Und ob das experimentell bereits nachgewiesen wurde. Konnte man dieses Ergebnis denn in anderen Experimenten reproduzieren ?

JoAx
19.01.12, 13:51
Und ob das experimentell bereits nachgewiesen wurde.


Das obere Experiment siehst du nicht als einen Nachweis?


Gruß

CineX
19.01.12, 14:02
Doch doch! Nur weiß ich nicht wie seriös solche Artikel in diversen Blättern sind. Hin und wieder wird dann doch mal ein entscheidendes Detail in solchen Artikeln weggelassen. Daher hätte ich noch nach einem Vergleichbaren Experiment gesucht :o

JoAx
19.01.12, 14:14
Nur weiß ich nicht wie seriös solche Artikel in diversen Blättern sind.


Dann könnte vlt. das hier:

Pair Production from Asymmetric Head-on Laser Collisions (http://arxiv.org/abs/1107.6026)

helfen. Die ganze Liste an Treffern für positron laser electron (http://arxiv.org/find/all/1/all:+AND+positron+AND+laser+electron/0/1/0/all/0/1?skip=0&query_id=b88b61be7c33fe8f) bei arxiv.org. Da muss man sich dann etwas durchgraben.


Gruß, Johann

CineX
19.01.12, 14:20
Ok, da gibts dann doch ne ganze Latte an Informationen :eek:
Da wühl ich mich mal durch :D
Danke dir für den Link! :)

CineX
20.01.12, 06:28
Habe jetzt übrigens die Webseite des oben im Artikel genannten Experiments gefunden:

http://www.slac.stanford.edu/exp/e144/e144.html

Also klappt das tatsächlich aus Photonen Materie zu erzeugen ;-)

(Edit: Sorry für den Beitragssmiley. Hab mich verklickt und kann den nachträglich nicht mehr ändern...)

JoAx
20.01.12, 08:16
Hab mich verklickt und kann den nachträglich nicht mehr ändern...)

Hab's für dich gemacht, CineX.

Du müsstest es aber auch selbst machen können.
Gehe dazu auf "Ändern" und dann auf "Erweitert". Das müsste dich zum Texteditor führen, wo man auch den Beitragssmily ändern kann.


Gruß, Johann

CineX
20.01.12, 08:49
Vielen Dank! Tatsache ich hatte den einfachen Editor verwendet. Ich muss mich mal wieder mehr mit der Vb Sofware befassen:D Bin in letzter Zeit oft mit PHPbb unterwegs ;-)

amc
20.01.12, 10:39
Tatsache ich hatte den einfachen Editor verwendet. Ich muss mich mal wieder mehr mit der Vb Sofware befassen:D Bin in letzter Zeit oft mit PHPbb unterwegs ;-)

Hi CineX,

die Smileys müsstest du aber auch im normalen Editor-Mode wegmachen können, und nicht nur in der JavaScript-Variante (WYSIWYG). Im normalen Modus sieht man das Smiley nicht, aber z.B. dies: " : c o n f u s e d : " woraus dann dies wird: :confused: - ohne Leerzeichen natürlich.

Grüße, AMC

CineX
20.01.12, 11:18
Jup, diese Smileys bekomme ich auch weg (im Text), allerdings habe ich ein Falsches Beitragssymbol gesetzt (steht oben links neben dem Beitragstitel des jeweiligen Autors). Das konnte ich mit dem Schnelleditor nicht entfernen :D

amc
20.01.12, 12:14
Jup, diese Smileys bekomme ich auch weg (im Text), allerdings habe ich ein Falsches Beitragssymbol gesetzt (steht oben links neben dem Beitragstitel des jeweiligen Autors). Das konnte ich mit dem Schnelleditor nicht entfernen :D

Ah, OK. Ich habe "einfacher Editor" missverstanden. Ist klar, wenn man auf "Ändern" klickt, dann muss man erst noch "erweitern", um die Titelzeile und die Beitragssymbole bearbeiten zu können. Das hat also nichts mit WYSIWYG zu tun. Zwischen Text-Mode und WYSIWYG-Mode kann man übrigends switchen, wenn man in der rechten oberen Ecke des Editors auf den Button klickt. (WYSIWYG = What You See Is What You Get). Wer's mag, ich bevorzuge in der Regel normalen Text-Mode.

Mich wundert allerdings, der Smiley/das Beitragssymbol in der Titelzeile ist doch immer noch da? :)

Grüße, AMC

JoAx
20.01.12, 12:44
Mich wundert allerdings, der Smiley/das Beitragssymbol in der Titelzeile ist doch immer noch da? :)


Ja, ja. Aber zuvor war das einer, wie gerade in meinem. :p

Gruß

amc
20.01.12, 13:50
Ja, ja. Aber zuvor war das einer, wie gerade in meinem. :p

Alles klar.

Grüße, AMC

Quanlis
03.02.14, 12:10
Wer lesen kann, ist im Vorteil: :)

[QUOTE]Sie nutzten dazu eng gebündeltes grünes Licht eines Lasers mit 1000 Milliarden Watt Leistung und schossen es gegen Elektronen,

Hallo Zusammen,

ich bin neu hier und meldete mich an, nachdem ich dieses Thema entdeckte und ein wenig darin las.

@Hawkwind
Woher kommen oder wie aber entstanden gerade die von dir fett formatierten Elektronen?
Sie wurden ja gerade erst infolge der Kollision zwischen Photonen und Photonen erzeugt

Somit kollidierten in erster Instanz Photonen mit Photonen.
In zweiter wurden hierdurch Elektronen erzeugt.
In dritter schoss man Photonen auf dieses Erzeugnis, das allein aus Photonen-Photonen-Kollision entstand. Doch dies lediglich deshalb, um die Effizienz zu erhöhen. Welche, wie ich annehme, im Universum wie in einem Kinderspiel durchaus erzeugt werden kann.

Hawkwind
03.02.14, 13:51
Mittlerweile ist so ein Prozess auch bebachtet worden: Photonen aus Laserquellen wurden zur Kollision gebracht ... mit beobachteter Paarerzeugung:

Positron production in multiphoton light-by-light scattering (http://prl.aps.org/abstract/PRL/v79/i9/p1626_1)


a collision between the high-energy photon and several laser photons to produce an electron-positron pair. These results are the rst laboratory evidence for inelastic light-by-light scattering involving only real photons.


__
das ist sicher das Experiment, auf das sich die "Zeit" da bezieht.

Quanlis
03.02.14, 15:45
Mittlerweile ist so ein Prozess auch bebachtet worden: Photonen aus Laserquellen wurden zur Kollision gebracht ... mit beobachteter Paarerzeugung:

Positron production in multiphoton light-by-light scattering (http://prl.aps.org/abstract/PRL/v79/i9/p1626_1)
__
das ist sicher das Experiment, auf das sich die "Zeit" da bezieht.


Über diese Antwort und Info habe ich mich total gefreut. Danke.

ingeniosus
14.02.14, 17:55
Dann können 2 Photonen quasi miteinander wechselwirken, oder?
Gibt es denn da experimente dazu?

Ein hochmoderne Beispiel ist die Quanten-Verschränkung des Wiener Prof. Anton Zeilinger (Namen einfach googeln)!

CineX
14.02.14, 18:14
Stimmt, an diese Experimente hab ich noch garnicht gedacht aber hier treten ebenfalls Photonen in Wechselwirkung. Vielen Dank für den Hinweis.

Quanlis
17.02.14, 02:00
Ich meine, bei den folgenden Experimenten handelt es sich um zwei verschiedene. Was zum SLAC Experiment 144 ausgeführt wird, hört sich wesentlich heftiger an als das andere oben von Hawkwind erwähnte Positron production in multiphoton light-by-light scattering .

Siehe bei Wikipedia unter "Photon"
https://de.wikipedia.org/wiki/Photon
und dann unter Weblinks:
"SLAC Experiment 144 Home Page" (http://www.slac.stanford.edu/exp/e144/e144.html)

Hawkwind
17.02.14, 09:51
Ein hochmoderne Beispiel ist die Quanten-Verschränkung des Wiener Prof. Anton Zeilinger (Namen einfach googeln)!

Ein hochmoderne Beispiel ist die Quanten-Verschränkung des Wiener Prof. Anton Zeilinger (Namen einfach googeln)!



Nach meinem Verständnis wechselwirken verschränkte Teilchen aber gar nicht miteinander: sie werden vielmehr durch eine gemeinsame Wellenfunktion beschrieben, d.h. das Quantensystem (genauer seine Wellenfunktion) ist nicht in ein Produkt von 2 Quantensystemen (2 1-Teilchen-Wellenfunktionen) separierbar.

"Wechselwirkung" würde bedeuten, dass die 2 Quanten Energie und Impuls untereinander austauschen; das tun sie aber in Experimenten vom EPR-Typ nicht.

Hier im Thread geht es aber um Wechsekwirkungen: in der Quantenelektrodynamik (QED) existiert eine Kopplung
gamma -> e+ + e-
und wenn die kinematischen Randbedingungen stimmen, dann kann das auslaufende Paar auch reell sein. Das ist elm. WW (QED) pur.

Quanlis
17.02.14, 19:27
Stimmt, an diese Experimente hab ich noch garnicht gedacht aber hier treten ebenfalls Photonen in Wechselwirkung. Vielen Dank für den Hinweis.

Was zum SLAC Experiment 144 ausgeführt wird, ist wesentlich heftiger als das "Positron production in multiphoton light-by-light scattering."
Im Rahmen des 1997 gemachten Experiments mit dem Namen SLAC Experiment 144 (http://www.slac.stanford.edu/exp/e144/e144.html) Hierzu sandte eine der stärksten Laserquellen der Welt extrem kurze Lichtpulse aus.

Um einen zweiten noch energiereicheren Strahl zu erzeugen, wurde das Laserlicht auf jenen feingebündelten frequenzveränderten Elektronenstrahl gelenkt, (der durch Photonenkollision zuvor speziell hierfür erzeugt wurde), wobei durch den Aufprall der eines anderen Photonenstrahls auf diese erzeugten Elektronenstrahl ein noch mächtigerer Rückstoß erzielt wurde.
Aus sichtbarem grünem Laserlicht wurde so höherenergetische Gammastrahlung, die mit dem nächsten Laserpuls kollidierte.
Dieses Feld war so hoch, dass das Vakuum in dem Experiment spontan brach und die Erzeugung von Positronen-Elektronen-Paaren erreicht wurde.

Die Hypothese eines solchen Zusammenbruchs des Vakuums durch ein ultrastarkes elektromagnetisches Feld wurde 1950 von Dr. Julian S. Schwinger, der mit dem Nobelpreis für Physik 1965 ausgezeichnet wurde, aufgestellt. Die Erzeugung von Materie infolge Photonenstrahl-Kollisionen wird für einige Sternentstehungen angenommen, was aber nie durch Beobachtungen in Laborexperimenten bestätigt werden kann, weil vor allem die benötigte Energie außerhalb der Reichweite der herkömmlichen Laborgeräten liegt.

In dem Experiment wurde der schwächere von beiden Lichtstrahlen von einem Billionen-Watt-grünen Laser produziert. Doch das war bei Weitem nicht die benötigten Energie, auch wenn das gepulste grüne Laser zu einem der mächtigsten der Welt gehört. Wobei dieser zweite Gegenstrahl der Strahlung um rund 10 Milliarden Mal energiereicher war, als der grüne Laserstrahl, der durch den zwei-Meilen-langen Linearbeschleuniger in Stanford geschossen wurde.
Der Nachweis der Positronen bei den Elektronen-Positronen-Paare wurde ca. 100 mal erbracht.

Siehe bei Wikipedia unter "Photon"
https://de.wikipedia.org/wiki/Photon
und dann unter Weblinks:
"SLAC Experiment 144 Home Page (http://www.slac.stanford.edu/exp/e144/e144.html)"

CineX
17.02.14, 19:44
Vielen Dank für die Info :) Also tatsächlich ein Nachweis einer Materieerzeugung aus purer Energie :)

JoAx
18.02.14, 14:17
Was zum SLAC Experiment 144 ausgeführt wird, ist wesentlich heftiger als das "Positron production in multiphoton light-by-light scattering."


Es ist nicht "heftiger", sondern das gleiche.