Образование электрон-позитронных пар

При энергиях γ -квантов, превышающих 2 m_ec², наблюдается процесс поглощения квантов с образованием пары электрон-позитрон. Энергия кванта тратится на создание этих двух частиц и на сообщение им кинетической энергии. Из законов сохранения энергии и импульса можно показать, что процесс рождения пары не может происходить в вакууме. Он происходит в кулоновском поле какой-либо частицы, получающей часть импульса и энергии.

Образование пары может иметь место тогда, когда энергия кванта удовлетворяет соотношению

,

(6.17)

где первый член соответствует энергии рождения пары электрон–позитрон, а второй член есть энергия отдачи частицы, в поле которой произошло рождение пары. Такой частицей может быть атомное ядро, электрон или даже другой квант.

Чем сильнее поле, с которым взаимодействует квант, тем вероятнее образование этих пар. Сечение процесса пропорционально Z² и растет с увеличением энергии γ -кванта.

Поэтому вероятность рождения пары в поле электрона мала по сравнению с вероятностью рождения пары в поле ядра. Только для γ -квантов с энергией больше 10МэВ и на легких ядрах вероятность образование пары на электроне становится сравнимой с вероятностью этого процесса в поле ядра.

Закон сохранения энергии для рождения пары электрон-позитрон имеет вид:

,

(6.18)

здесь , – кинетические энергии электрона и позитрона.

Поскольку энергия отдачи ядра очень мала из-за большой массы по сравнению с массой электрона и позитрона, то практически порог рождения пары в поле ядра Е_γ^пор ≈2 m_ec² =1,022 МэВ, а в поле электрона Е_γ^пор =4 m_ec² =2,044 МэВ, так как энергию отдачи получает электрон, имеющий такую же массу и пренебречь ее величиной уже нельзя.