انتاج الزوج بواسطة الفوتونات

من الممكن انتاج الزوج من الكترون وبوزيترون بواسطة فوتونات عالية الطاقة. ويلاحظ ان الالكترون والبوزيترون يمتلكان الطاقة نفسها عند توليدهما سوية. فهل نتصور الان ان الفوتون بنفسه يتحول انيا الى الكترون وبوزيترون، هذا مستحيل لأنه والحالة هذه لا يكون الزخم محفوظا. نستنتج اذن ان هناك جسيما آخر قد يكون الكترونا والاكثر احتمالا ان يكون نواة ذرية. فاذا فرضنا ان الجسيم الرابع المتولد هو نواة فالحسابات تكون سهلة عند تطبيق قوانين حفظ الزخم والطاقة، ولان كتلة النواة كبيرة فأنها تكتسب زخما كبيرا دون ان تمتص طاقة عالية من الفوتونات الساقطة المسببة لتوليدها.

وبالاعتماد على النتائج الخاصة بقوانين نيوتن للحركة نجد أن الطاقة الحركية لجسيم كتلته m تساوي  اذن ان p الزخم الخطي للجسيم. لذا يمكن جعل هذه الطاقة صغيرة اذا اصبحت m كبيرة. وهكذا يصح القول ان معظم طاقة الفوتون تنتقل الى كل من الالكترون والبوزيترون بينما تعمل النواة على توازن الزخم الخطي خلال عملية التصادم.

لقد لوحظ عمليا ان هذا النوع من انتاج الزوج بواسطة فوتونات عالية الطاقة لا يقتصر فقط على الالكترونات رغم ان اقل طاقة يحملها الفوتون لإنتاج اي شيء آخر هو أعلى بكثير من طاقة العتبة (1.022 MeV) اللازمة لإنتاج الزوج الكترون - بوزيترون، وعملية التفاعل بالشكل :

ومن الجدير بالذكر هنا ان هناك عملية اخرى يمكن اعتبارها عكس عملية انتاج الزوج – وهي التفاعل المتبادل بين جسيم وجسيم الضد له، ثم الانحلال لإنتاج طاقة مشعة. فالبوزيترون والالكترون عند تفاعلهما يولدان زوجا من الفوتونات وليس فوتونا واحدا لبقاء الزخم محفوظا. وعملية التفاعل تكون كالآتي :