[عادل الثبيتي]

بعد أن دراسة الظاهرة الكهروضوئية وإنتاج أشعة اكس وظاهرة كمبتون يمكننا أن نتساءل إذا كان من الممكن ان تكون هناك ظاهرة طبيعية يتم فيها تحويل الطاقة الكهرومغناطيسية إلى طاقة سكون أي طاقة تكوين!! هذا ممكن بشرط تحقيق قانون الحفاظ على الطاقة وكمية الحركة والشحنة الكلية.

تحويل الفوتون إلى جسيم Pair Production

بما أن الفوتون ليس له شحنة فإن الجسيم الناتج يجب أن يتكون من زوج من الجسيمات مختلفة الشحنة حتى نحافظ على الشحنة.. أي ان لا يمكن تحويل الفوتون إلى إلكترون مفرد ولكن توليد الكترونيين احدهما سالب والآخر موجب ويسمى البوزيترون positron وذلك للحفاظ على الشحنة الكلية وهذه العملية تسمى electron pair production.

أقل طاقة يمكن ان يمتلكها الفوتون ليتحول إلى الكترون وبوزيترون يجب ان تساوي طاقة تكوين كلا من الجسيمين وذلك للحفاظ على الطاقة.



hno = 2moc2

وحيث أن طاقة تكوين الإلكترون أو البوزيترون هي moc2 وتساوي 0.51MeV لذا فإن اقل طاقة للفوتون يجب أن تكون 1.02MeV وهذه الطاقة تقابل فوتون طوله الموجي 0.012 انجستروم وهذا طول موجي قصير جداً يقع في مدى أشعة جاما.. أي أن الفوتون القادر على التحول إلى جسيمان يجب أن يكون له طاقة على الأقل أكبر من 1.02MeV حتى يستطيع التحول إلى جسيمان.

إذا كان الفوتون يحمل طاقة اكبر من طاقة تكوين زوج الجسيمات moc2 فإن الطاقة الإضافية ستظهر على شكل طاقة حركة للجسيمان وتكون المعادلة الرياضية للطاقة على النحو التالي ..



وبالفعل تم مشاهدة تولد الإلكترون والإلكترون المضاد (البوزيترون) في تجارب التفاعلات النووية.

حيث يستخدم في تلك التجارب غرفة بها نوع خاص من الرغوة bubble chamber لتتبع مسار تلك الجسيمات عند تولدها. وفي الشكل المقابل نشاهد نتائج احد تلك التجارب حيث لا يكون للفوتون اثر وعندما يتحول إلى جسيمين تكون المسار للالكترون والبوزيترون على شكل حرف V وذلك لوجود مجال مغناطيسي يؤثر على الجسيمين فينحرف احدهما في عكس الآخر لاختلاف الشحنة التي يحملها الجسيمين.

وللحفاظ على كمية الحركة (كمية الحركة قبل التحول تساوي كمية الحركة بعد التحول) يجب أن يكون هناك جسيم ثالث لامتصاص الفرق في كمية الحركة وهذا الجسيم الثالث هو نواة الذرة حيث أن إنتاج الجسيمات يتم عندما تمر الفوتونات ذات الطاقة العالية بالقرب من نواة ذرة ثقيلة...

نلاحظ هنا أن ظاهرة إنتاج الجسيمات تشبه الظاهرة الكهروضوئية وظاهرة كمبتون في أنها تبدأ بفوتون وتنتهي بإلكترون..

تحويل الجسيم إلى فوتون Pair Annihilation

ظاهرة تحويل (تلاشي annihilation) زوج من الجسيمات إلى فوتون هي الظاهرة العكسية لتحويل الفوتون إلى جسيم (ظاهرة إنتاج الجسيمات).



Pair Production and Annihilation