Kann ein Teilchen im Vakuum strahlen, ohne dass äußere Kräfte wirken?

Ich las über mögliche und verbotene Prozesse mit Photonen. Zunächst einmal kann der Vernichtungsprozess eines Paares Elektron und Positron nicht zu einem einzelnen Photon führen, da dies kinematisch verboten wäre. Andererseits habe ich mich gefragt, ob ein einzelnes Elektron ein Photon im Vakuum abstrahlen könnte. Der Ablauf wäre dann

e − → e − + γ
Aber ich mache die Berechnungen und stelle fest, dass dieser Vorgang auch kinematisch verboten wäre, habe ich recht?

Gibt es einen Prozess, bei dem ein freies Teilchen im Vakuum ein Photon abstrahlen kann, ohne dass äußere Kräfte wirken?

Meinst du mit „ einem freien Teilchen “ ein elementares oder zusammengesetztes Teilchen? Die Antwort hängt vom Typ ab.
Elementarteilchen
Hast du brehmstralung gesehen?
@AHusain Aber Bremsstrahlung beinhaltet Beschleunigung, und das OP spricht von einem freien Teilchen, das eine konstante Geschwindigkeit haben muss.
Ja, du hast Recht. Diese Reaktion ist kinematisch verboten.

Antworten (2)

Gehen Sie zum Massenmittelpunkt des Elektrons.

e − → e − + γ

Die einzige verfügbare Energie, um ein Photon aus einer ruhenden Masse zu erzeugen, ist die Energie der Masse selbst. Da das Elektron nicht zusammengesetzt ist, kann sich der Wert seiner Masse nicht ändern, und daher ist dies aufgrund der Energie-Impuls-Erhaltung eine kinematisch verbotene Reaktion

Entregungen können in zusammengesetzten Körpern auftreten und geschehen auch, und zwei Körperzerfälle sind üblich.

Nein, außer für den Fall, dass das Teilchen instabil ist. Aber ich vermute, Sie denken an stabile Teilchen wie das Elektron, wenn Sie Ihre Frage stellen.

Um zu strahlen, muss das Elektron ein Photon empfangen, real oder virtuell, und sehr bald darauf ein weiteres Photon abstrahlen. Das beste Beispiel dafür ist die Synchrotronstrahlung, bei der jedes geladene Teilchen mit einer Lebensdauer von mindestens einer Mikrosekunde im Kreis herumgeschleudert wird und dadurch durch die Strahlung von Photonen etwas Energie verliert. Aber es gibt eindeutig eine "äußere Kraft" - ein Magnetfeld. Ein weiteres Beispiel ist Bremsstrahlung, bei der ein geladenes Teilchen auf Materie jeglicher Art mit elektromagnetischer Struktur prallt. Auch hier handelt es sich um eine externe Kraft, die jedoch innerhalb der QED durch mehrere reale oder virtuelle Photonen erklärbar ist, die mit dem interessierenden Objekt interagieren.

Wenn ein geladenes massives Teilchen etwas Energie und Impuls (E, p) hat, was für andere (E', p') könnte es dann haben? Die Impulsänderung wird immer die Energieänderung übersteigen. Unter Verwendung von Einheiten mit c = 1,

E 2 = P 2 + M 2
Daher, E > P

Differenzieren, um zu erhalten

2 E D E = 2 P D P
und so
D E D P = P E < 1

Ein Photon kann den Impuls und die Energie eines Teilchens nur um denselben Betrag ändern, D E = D P . Es gibt kein masseloses geladenes Teilchen. Massive geladene Teilchen können nicht mit einzelnen Photonen interagieren, außer auf eine Art Heisenberg, die wirklich mehrere Photonenwechselwirkungen erfordert.

Kann ein Teilchen im Vakuum strahlen, ohne dass äußere Kräfte wirken?
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