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Quantenmechanik, Relativitätstheorie und der ganze Rest. Wenn Sie Themen diskutieren wollen, die mehr als Schulkenntnisse voraussetzen, sind Sie hier richtig. Keine Angst, ein Physikstudium ist nicht Voraussetzung, aber man sollte sich schon eingehender mit Physik beschäftigt haben.

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  #1  
Alt 09.10.21, 15:00
Mirko Buschhorn Mirko Buschhorn ist offline
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Registriert seit: 19.06.2021
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Beiträge: 89
Standard Wie energiereich muss ein Photon sein, um sich in Materie zu wandeln?

In der Literatur wird meist davon gesprochen, dass sich zwei energiereiche Photonen ab einer bestimmten Frequenz in ein Paar aus einem Elektron und Positron wandeln, was beispielsweise zu einer Paarinstabilitätssupernova führen kann (Breit-Wheeler-Effekt).

Reichen nicht schon deutlich niedrigere Frequenzen, um ein Paar aus Neutrino und Antineutrino zu schaffen, da diese wesentlich leichter als Elektronen sind?
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  #2  
Alt 09.10.21, 16:14
Benutzerbild von TomS
TomS TomS ist offline
Singularität
 
Registriert seit: 04.10.2014
Beiträge: 2.659
Standard AW: Wie energiereich muss ein Photon sein, um sich in Materie zu wandeln?

Im Schwerpunktsystem der beiden Photonen gilt E = p (bzw. -p für das zweite Photon). Die Gesamtenergie beträgt also 2E = 2p

Die Schwellenenergie für die Erzeugung zweier Teilchen der Masse m beträgt wiederum 2E = 2m; bei Erzeugung exakt bei der Schwellenenergie sind anschließend beide Teilchen in Ruhe.

D.h. die minimal notwendige Energie jeweils eines der beiden Photonen beträgt E = m.

Allerdings ist der Prozess zur Erzeugung von Neutrinos aus Photonen extrem unwahrscheinlich.
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Niels Bohr brainwashed a whole generation of theorists into thinking that the job (interpreting quantum theory) was done 50 years ago.

Geändert von TomS (09.10.21 um 16:19 Uhr)
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  #3  
Alt 09.10.21, 20:40
Hawkwind Hawkwind ist offline
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Registriert seit: 22.07.2010
Ort: Rabenstein, Niederösterreich
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Standard AW: Wie energiereich muss ein Photon sein, um sich in Materie zu wandeln?

Zitat:
Zitat von TomS Beitrag anzeigen
...

Allerdings ist der Prozess zur Erzeugung von Neutrinos aus Photonen extrem unwahrscheinlich.
..., denn Neutrinos wechselwirken aufgrund ihrer elektrischen Neutralität ja gar nicht elektromagnetisch: sie koppeln also nicht an das Photon. So etwas könnte nur in höheren Ordnungen über die schwache Wechselwirkung gehen, also in der Tat extrem unterdrückt.
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  #4  
Alt 11.10.21, 09:21
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TomS TomS ist offline
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Registriert seit: 04.10.2014
Beiträge: 2.659
Standard AW: Wie energiereich muss ein Photon sein, um sich in Materie zu wandeln?

Ich hab‘ mal überlegt, welche Prozesse beitragen.


Für den Breit-Wheeler-Prozess 2γ → f + f-bar mit f = e, μ, τ benötigt man zwei γff-Vertizes, verbunden durch ein virtuelles f. Das folgt m.M.n aus Crossing der Compton-Streuung, d.h. hier in der niedrigsten Ordnung ~ α² (warum ist der Wirkungsquerschnitt im Vergleich zu Compton so klein?)


Für 2γ → ν + ν-bar mit den entsprechenden ν-Sorten benötigt man mindestens drei Vertizes, da das ν nicht direkt an das γ sondern nur an das W koppelt. Das führt auf folgende 1-loop-Diagramme.

1) Ausgehend von Breit-Wheeler-Prozess 2γ → f + f-bar mit dem virtuellen f: Man behält das virtuelle f, ersetzt die auslaufenden f bzw. f-bar durch ν bzw. ν-bar und die beiden γff-Vertizes durch

W + f → ν (Teilchen, Antiteilchen etc. habe ich mir noch nicht überlegt)

d.h. zwei Vertizes, die das f nach ν umwandeln. Außerdem führt man die beiden virtuellen W in einen Vertex mit zwei γ zusammen, d.h. man ersetzt die zwei einlaufenden γ mit zwei γff-Vertizes durch zwei einlaufende γ mit einem Vertex

2γ → W+ + W-

2) Für die beiden einlaufenden γ die beiden Vertizes

γ → W+ + W-
γ → f + f-bar


Die virtuellen W und f treffen sich in jeweils einem weiteren Vertex mit

W + f → ν (dito)

3) Ausgehend von Breit-Wheeler-Prozess 2γ → f + f-bar mit dem virtuellen f: Zwischen den zwei auslaufenden f bzw. f-bar noch ein zusätzlicher W-Austausch, d.h. wieder zwei Vertizes, die die auslaufenden f nach ν umwandeln:

W + f → ν (dito)
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Geändert von TomS (11.10.21 um 14:20 Uhr)
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  #5  
Alt 11.10.21, 09:35
Hawkwind Hawkwind ist offline
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Registriert seit: 22.07.2010
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Beiträge: 2.649
Standard AW: Wie energiereich muss ein Photon sein, um sich in Materie zu wandeln?

Mir war spontan der hier eingefallen (anscheinend hätte ein Schnaps vor dem Zeichnen gut getan )

Den hast du wohl unter Abteilung 2 dabei.
Angehängte Grafiken
Dateityp: jpg gamma-2nu.jpg (54,7 KB, 11x aufgerufen)
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  #6  
Alt 11.10.21, 10:01
Bernhard Bernhard ist offline
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Standard AW: Wie energiereich muss ein Photon sein, um sich in Materie zu wandeln?

Siehe auch: Schwinger limit
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Freundliche Grüße, B.
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  #7  
Alt 11.10.21, 10:19
Bernhard Bernhard ist offline
Moderator
 
Registriert seit: 14.06.2017
Beiträge: 1.661
Standard AW: Wie energiereich muss ein Photon sein, um sich in Materie zu wandeln?

Zitat:
Zitat von TomS Beitrag anzeigen
Allerdings ist der Prozess zur Erzeugung von Neutrinos aus Photonen extrem unwahrscheinlich.
Beziehungsweise unmöglich (?), falls Neutrinos Majorana-Fermionen sind: https://de.wikipedia.org/wiki/Majorana-Fermion
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Freundliche Grüße, B.
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  #8  
Alt 11.10.21, 10:39
Hawkwind Hawkwind ist offline
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Registriert seit: 22.07.2010
Ort: Rabenstein, Niederösterreich
Beiträge: 2.649
Standard AW: Wie energiereich muss ein Photon sein, um sich in Materie zu wandeln?

Zitat:
Zitat von Bernhard Beitrag anzeigen
Beziehungsweise unmöglich (?), falls Neutrinos Majorana-Fermionen sind: https://de.wikipedia.org/wiki/Majorana-Fermion
Hmm, ich wüsste jetzt nichts, was Majorana-Neutrinos an genannten Prozessen verhindern sollte. Ich denke, Majorana-Neutrinos können alles, was Dirac-Neutrinos könnnen ... und noch ein bisschen mehr (Leptonenzahlverletzung, da sie ihre eigenen Antiteilchen sind, deshalb z.B. neutrinoloser Doppelbetazerfall).

Oder übersehe ich etwas?
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  #9  
Alt 11.10.21, 11:08
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TomS TomS ist offline
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Registriert seit: 04.10.2014
Beiträge: 2.659
Standard AW: Wie energiereich muss ein Photon sein, um sich in Materie zu wandeln?

Zitat:
Zitat von Hawkwind Beitrag anzeigen
Mir war spontan der hier eingefallen (anscheinend hätte ein Schnaps vor dem Zeichnen gut getan )
Da von einem Photonenpaar die Rede war, hatte ich den überhaupt nicht auf dem Schirm. Aber du hast recht, mit einem weiteren Teilchen (Kern) als Zuschauer und zur Sicherstellung der Impulsbilanz funktioniert das natürlich.
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Geändert von TomS (11.10.21 um 11:16 Uhr)
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  #10  
Alt 11.10.21, 11:08
Benutzerbild von TomS
TomS TomS ist offline
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Registriert seit: 04.10.2014
Beiträge: 2.659
Standard AW: Wie energiereich muss ein Photon sein, um sich in Materie zu wandeln?

Zitat:
Zitat von Bernhard Beitrag anzeigen
Siehe auch: Schwinger limit
Aber daraus resultieren keine Neutrinos.
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