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  • 1 # 小宇堂

    在一般情況下光子相遇不會湮滅(談不上“相撞”),但單個高能光子在外部作用情況下可以轉變為電子(但這不能叫做“湮滅”)。

    這需要梳理下基本粒子分類和對稱性自發破缺的概念:

    玻色子與費米子

    費米子是構建物質的粒子,而波色子是傳遞費米子之間互動作用的粒子。

    玻色子的自旋為整數,不遵循泡利不相容原理,玻色子可以與其他玻色子只共享一個(對稱)量子態,包括位置。光子就是一種玻色子。所以一般情況下,兩個光子相遇只是穿過彼此,並不會發生作用。不然我們的世界就真的是光怪陸離了。

    而費米子則不同,費米子遵循泡利不相容原理,兩個費米子不能共享量子態(簡併力),所以費米子才有相撞的概念。

    正負電子湮滅的情形

    正負電子的所有量子態都相反。一個正電子和一個負電子在一定條件下相遇湮滅產生兩或三個光子,這是瞬間就會發生的事情。

    光子轉變為電子

    一個高能光子與一個重原子核作用時,該光子可以轉化成一個正電子和一個負電子——這在宇宙中是非常普遍的情況。但這個過程不能稱為“湮滅”。

    時間反演對稱性破缺

    正負電子湮滅時是一個時間反演對稱性破缺的過程,這是熱力學第二定律所描述的普遍狀況,湮滅過程在通常情況下不能時間反演。

    光子是大多數多重對稱性自發破缺過程的最終產物,從某種意義上似乎可以說,光子是一種相當對稱和穩定的粒子,它處於某種基態,不太可能繼續破缺或者衰變。但要逆轉對稱性破缺那需要提供能量才行。或許在高能束縛的情況下,兩個光子才能夠自發湮滅成為正負電子對或者其他什麼東西。

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