Välkommen till Resurscentrums frågelåda!

 

Vill du ha ett snabbt svar - sök i databasen: Anpassad Google-sökning
(tips för sökningen).
Använd diskussionsforum om du vill diskutera något.
Senaste frågorna. Veckans fråga.

7 frågor/svar hittade

Materiens innersta-Atomer-Kärnor [19734]

Fråga:
Hej! För att ur gammastrålning skapa ett elektron-positronpar krävs inte bara energin 1,022 MeV utan även energi till rörelse så att partiklarna kommer iväg från varandra (övervinner den elektrostatiska attraktionen). Hur mycket extra energi krävs som minst? Vad triggar parbildningen?
/Thomas Å, Knivsta

Svar:
Hej Thomas! Det finns inget exakt gränsvärde för energin, men tvärsnittet (sannolikheten för parbildning) går asymptotiskt mot noll då energin minskar mot 2m0c2.

Se fråga 19534 för ett bevis för att parbildning inte kan ske utan närvaron av en atomkärna.
/Peter E

Nyckelord: parbildning [7];

*

Ljud-Ljus-Vågor, Partiklar [19534]

Fråga:
Hej!

Jag läser just nu om parbildning och det finns något jag inte riktigt förstår. På både Wikipedia och i min bok (Impuls 2) står det att det måste finnas en tung atomkärna i närheten då fotonen bli till två partiklar för att rörelsemängden ska kunna bevaras, "frakta bort rörelsemängdsöverskottet" som det står i boken. Varför då? undrar jag. Kan inte rörelsemängden helt enkelt bevaras av att t.ex. elektronen och positronen efter krocken färdas i varsin riktning så att rörelsemängdsvektorerna "åt sidan" tar ut varandra och summan av "framåt" vektorerna bli den samma som fotonen hade innan parbildningen?

Tack så mycket!

Mvh, Aletta Csapo
/Aletta C, Donnergymnasiet, Göteborg

Svar:
Parbildning är skapandet av ett par bestående av en elementarpartikel och dess antipartikel, vanligen från en foton. Detta är fysikaliskt möjligt såvida tillräckligt med energi finns tillgängligt för att skapa paret (minst den totala vilolägesenergin hos de två partiklarna) samt att omständigheterna tillåter att både energi och rörelsemängd bevaras. Alla andra konserverade kvanttal (rörelsemängdsmoment, elektrisk laddning) hos de producerade partiklarna måste ta ut varandra.

Inom kärnfysik sker detta då en högenergetisk foton interagerar med en atomkärna och producerar en elektron och positron (utan att strida mot lagen om rörelsemängdens bevarande). Eftersom rörelsemängden hos den ursprungliga fotonen skall absorberas av något kan parbildning aldrig ske i tomma rymden från en enda foton, utan det krävs även en atomkärna för att kunna hålla både rörelsemängden och energin konstant.

Parbildning är motsatsen till annihilation, där en elementarpartikel och dess antipartikel går samman och "förintas", varvid elektromagnetisk strålning (fotoner) i regel avges. (Från Parbildning ).

Låt oss se hur det kan komma sig att det krävs att en atomkärna i närheten för att energi och rörelsemängd skall bevaras. Här är ett relativt förståeligt resonemang från länk 1:

Photons, from which pairs are created, have both energy & momentum, neither of which can be zero. When a pair is created from the photon the total energy of the pair must equal the original photon energy, which is fine.

But also the total momentum of the pair must equal the original photon momentum. Since this process can be viewed from any frame of reference it is always possible to find a frame of reference in which the total momentum of the pair is zero. Since there is no frame of reference in which the photon momentum is zero, you then have a violation of conservation of momentum.

There must always be another particle present which can be manipulated so the total momentum of all particles is conserved before & after pair production.

Vi kan även räkna på problemet enligt Christopher Eltschka, Universität Regensburg (länk 2):

Låt oss anta att den ursprungliga fotonen har rörelsemängden p i z-riktningen, dvs

px=py=0 och pz = p.

Fotonens energi är då

E = pc.

Vi vill producera ett partikel-antipartikel par [(1) och (2)] med vilomassan m > 0. Vi antar att

py(1)=0 ; py(2)=0.

(Detta kan vi alltid åstadkomma genom att orientera koordinatsystemet så att partikel-antipartikel paret ligger i x-z planet)

Då måste, p.g.a. rörelsemängdens bevarande, deras rörelsemängder ges av

pz(1)+pz(2)=p ; px(1)+px(2)=0.

Enligt relativitetsteorin ges den totala energin E av en partikel av

E2=(mc2)2+(pc)2.

För partikeln/antipartikeln gäller alltså

E(i)2 = (mc2)2 +c2 (px(i)2 + pz(i)2) (i=1 eller 2).

Vi får

E(i)2 = (mc2)2 + c2 px(i)2 + c2 pz(i)2 > c2 pz(i)2,

dvs

E(i) > pz(i) c.

Vi får därför

(E(1)+E(2))2 = E(1)2 + 2 E(1) E(2) + E(2)2 > (pz(1)2 + 2 pz(1) pz(2) + pz(2)2) c^2 = (pz(1)+pz(2))^2 c2 = pz2 c2 = p2 c2 = E2

och

E(1)+E(2) > E.

Totala energin för de två bildade partiklarna är alltså större än fotonens energi, vilket skulle strida mot energiprincipen. Processen involverande endast en inkommande foton och två utgående partiklar är alltså omöjlig.

Se även fråga 12058 och Pair_production .
/Peter E

Nyckelord: parbildning [7];

1 https://in.answers.yahoo.com/question/index?qid=20110313213040AAOIJ64
2 http://www.researchgate.net/post/Why_is_pair_production_not_possible_in_empty_space

*

Partiklar [18943]

Fråga:
Hej! Kan ni vara snälla att svara på några frågor så att en 13 åring kan förstå?

1 Hur gör man antimateria?

2 Hur kan man jobba med antimateria utan att allt exploderar?

3 Varför exploderar antimateria och vanlig materia om de kommer i kontakt med varandra?

4 Kan det bildas planeter stenar och solar av antimateria?

5 Det verkar finnas en massa olika teorier om varför det finns mer materia än antimateria.

Vilken av dem är troligast?

6 Finns det andra sorters materia?
/Ronja B, färe, osby

Svar:
Ronja! Jag skall försöka.

1 Man accelererar partiklar med hjälp av en accelerator, se accelerator och Particle_accelerator . Ofta använder man kolliderare där man låter pariklarna gå runt åt båda hållen och kollidera i några punkter. Vid kollisionerna bildas partikel/antipartikelpar i en process som kallas parbildning .

2 Om bara antipartiklarna är stabila (t.ex. antiprotoner) räcker det att hålla dem separerade från materia. För detta lagrar man antipartiklarna i en Lagringsring som är ett lufttomt rör med magneter. För antiprotoner hade man på CERN en ring som kallades LEAR Low_Energy_Antiproton_Ring .

3 Om en partikel och en antipartikel kommer nära varandra så förintar de varandra i en process som kallas annihilation . Energin blir till gammastrålning eller partikel/antipartikelpar.

4 I princip ja, om antimaterian är separerad från materian. Men det är ganska säkert att det inte finns stora mängder antimateria i universum.

5 Ja, det finns flera teorier, men ingen allmänt accepterad och de är alla svåra att förstå. Man kan säga att om det inte varit ett litet överskott av materia så hade vi inte funnits för att kunna fundera på detta. Universum hade bestått av bara strålning. De teorier som finns är inte lätta att förstå: Baryon_asymmetry .

6 Nej, inte enligt standardmodellen (se fråga 18849 ) som är allmänt accepterad.

Se vidare 16426 , 17502 och nedanstående länkar.
/Peter E

Nyckelord: antimateria [16]; annihilation [14]; parbildning [7];

*

Partiklar [18672]

Fråga:
Hej!

Jag funderade på det, om energi inte kan skapas eller förbrukas, betyder det då att det finns en bestämd mängd elektroner på jorden som exempel? Läste något om att jorden har någon form av "elektronflöde" runt omkring sig också, så kan elektroner vandra mellan planeter och solsystem eller är dem bundna till ett mer begränsat område?
/Mathias H, Komvux, GBG

Svar:
Nej, om det bara finns energi så kan partiklar skapas. Men inte hur som helst. Elektroner måste t.ex. bevara leptontalet. Detta betyder att elektroner alltid skapas i par (parbildning): en elektron och en positron (elektronens antipartikel). Men en positron kan inte befinna sig i en sjö av elektroner. Den träffar snart på en elektron och försvinner i form av två fotoner med energin 511 keV (annihilation).

Så i princip är antalet elektroner och antalet nukleoner (protoner+neutroner) konstant. Elektronerna kan röra sig fritt, men eftersom attraktionen mellan positiva och negativa laddningar är stor, så blir stjärnor, planeter etc. inte laddade. Skulle en planet t.ex. bli positivt laddad skulle den snart dra till sig negativa elektroner från omgivningen.
/Peter E

Nyckelord: annihilation [14]; parbildning [7]; antimateria [16];

*

Partiklar [12058]

Fråga:
Jag har hört, att om en partikel och dess motsvarande antipartikel möts, omvandlas de till energi. Måste det finnas materia för energin att påverka? Vad händer om kollisionen mellan partiklarna inträffar i vacuum, där ingen materia finns?
/Marcus B, Östrabogymnasiet, Uddevalla

Svar:
Tänk dig att en elektron och en antielektron (positron) möts vid låg hastighet i vakuum. De kan då förinta (annihilera) varandra. Då bildas två fotoner (gammakvanta) som sänds ut i motsatt riktning. Fotonernas energi är 511 keV, vilket är lika med elektronernas massenergi E = mec2 = 511 keV:

e+ + e- --> 2 g (2 511 keV fotoner)

För den (nästan) omvända processen, där en foton omvandlas till ett elektron-positronpar (parbildning) ligger det annorlunda till. För att energi och rörelsemängd ska bevaras, måste ytterligare en partikel vara inblandad. Parbildning kan alltså inte ske i vakuum. Den inblandade partikeln är ofta en atomkärna. Eftersom denna har stor massa jämfört med en elektron/positron, så tar den upp i stort sett försumbar energi. Rörelsemängden är ju M*v, där v är hastigheten och M en stor massa. Hastigheten för atomkärnan v blir då liten och kinetiska energin blir liten.
/KS/lpe

Nyckelord: annihilation [14]; parbildning [7];

*

Partiklar [10033]

Fråga:
Enligt osäkerhetsprincipen kan det uppstå kvantfluktuationer i vakuum, vilket kan leda till bildandet av t ex ett elektron/positron-par. De bildas genom att "låna" energi, för att sedan returnera den igenom genom att annihileras nästan direkt igen.

Hur förklarar man att annihileringen av partiklarna som skapas genom kvantfluktuation inte resulterar i emission av 2 fotoner, som vid annihilation i vanliga fall ? .. Jag har inte lyckats bekräfta att det _inte_ gör det, men som jag ser det skulle det strida mot energilagarna... det skulle alltså då bokstavligen uppstå energi ur intet.

Har jag missat något eller ?
/Martin S, jobbar, Malmö

Svar:
Du har fattat allt rätt. Sluttillståndet måste bevara energi och rörelsemängd. Från början var energin 0, i sluttillståndet är energin också 0. Det finns helt enkelt ingen energi över att bilda fotoner med.

Betydelsen av fenomenet är att under den korta tid partiklarna existerar (man kallar dem virtuella partiklar), hinner de påverka egenskaperna hos vakuum.
/KS

Se även fråga 9897 och fråga 9744

Nyckelord: annihilation [14]; parbildning [7]; vakuum [7];

*

Partiklar [9266]

Fråga:
Det ble skrevet at 5% av mennesket er antimaterie. Men er det da ikke slik at når materie og antimaterie møtes, så skjer der en slags eksplosjon og massevis av energi fyker rundt, dvs partikkelen og antipartikkelen blir til ren energi? Takknemmelig for svar.
/vanja m, horten vgs, Horten

Svar:
Hela tiden hoppar det upp kvark-antikvark par som sedan snabbt annihileras (förintas). Energin som då frigörs, används för att "betala" den energi som behövdes för att bilda partiklarna. Dessa kvarkar kallas sjökvarkar (engelska: sea quarks), och utgör ungefär 10% av kvarkinnehållet i en proton. Alltså, skjuter vi in elektroner i en proton, finner vi att i var tionde elektron-kvark kollision är en sjökvark inblandad.
/KS

Se även fråga 9255

Nyckelord: annihilation [14]; parbildning [7];

*

Ämnesområde
Sök efter
Grundskolan eller gymnasiet?
Nyckelord: (Enda villkor)
Definition: (Enda villkor)
 
 

Om du inte hittar svaret i databasen eller i

Sök i svenska Wikipedia:

- fråga gärna här.

 

 

Frågelådan innehåller 7203 frågor med svar.
Senaste ändringen i databasen gjordes 2017-11-19 11:33:22.


sök | söktips | Veckans fråga | alla 'Veckans fråga' | ämnen | dokumentation | ställ en fråga
till diskussionsfora

 

Creative Commons License

Denna sida från NRCF är licensierad under Creative Commons:
Erkännande-Ickekommersiell-Inga bearbetningar
.