Ich weiß also, dass Sie Partikel erhalten, wenn Sie Partikel mit ausreichend hoher kinetischer Energie kollidieren (kinetische Energie = mindestens die Ruhemasse der Partikel, die Sie herstellen).
Wie kommt es, dass potentielle Energie keine Teilchen erzeugen kann? Angenommen, Sie haben ein Elektron, das auf einem solchen Potential gehalten wird, dass die Menge an potentieller Energie, die es hat, mindestens der Ruhemasse eines Teilchens entspricht, das Sie herstellen möchten. Wie kommt es, dass potentielle Energie nicht direkt in Ruhemassenenergie umgewandelt wird? Würde dies erfordern, dass alles, was das Potenzial erzeugt, verschwindet, weil sich die potenzielle Energie in ein Teilchen verwandelt? Dies sollte nicht gegen den Energieerhaltungssatz verstoßen, oder?
Eine andere Frage, die sich irgendwie auf meine vorherige Frage bezieht, ist, sagen wir, wir haben ein 512-keV-Photon. Was hindert dieses Photon daran, sich in ein Elektron zu verwandeln, das dann eine kinetische Energie von 1 keV hat?
Ein ausreichend starkes statisches elektrisches Feld kann echte Teilchen-Antiteilchen-Paare aus dem Vakuum erzeugen, also ja, potenzielle Energie kann zur Erzeugung von Teilchen beitragen. Dies wird als Schwinger-Effekt bezeichnet und wurde von Schwinger in den 1950er Jahren vorhergesagt. Das Originalpapier ist hier Link .
Schwingers Formel ergibt
Was Ihre letzte Frage betrifft, kann sich ein Photon aufgrund der Ladungserhaltung (und mehrerer anderer konservierter Zahlen) nicht in ein Elektron verwandeln. Es kann auch im Vakuum nicht zu einem e+e-Paar werden, weil Energie und Impuls nicht gleichzeitig erhalten werden können - dies ist eine Folge der Masselosigkeit des Photons. Ein Photon kann jedoch in Gegenwart einer anderen Materie, die es abstreut, in e + e- zerfallen, wodurch es sowohl Energie als auch Impuls sparen kann.
Nicht, dass die anderen Antworten falsch oder so wären, aber hier ist eine andere Art, darüber nachzudenken:
Wenn ein Teilchen erzeugt wird, ist der Prozess, der das Teilchen erzeugt, (1) lokal , was bedeutet, dass das Teilchen an demselben Ort erzeugt wird, an dem die Energie, die zu seiner Erzeugung verwendet wurde, verschwindet, und (2) den Erhaltungsgesetzen für verschiedene Größen unterliegt ( allgemein "Ladungen" genannt) wie Ladung, Gesamtenergie usw. Aber potentielle Energie ist oft eine Funktion der Position und eine dieser Erhaltungsgrößen. Da Teilchenerzeugungsprozesse also weder den Ort noch die Menge der erhaltenen Ladung ändern, haben die Endprodukte (einschließlich des neu erzeugten Teilchens) die gleiche Menge an potentieller Energie wie die anfänglichen "Reaktanten". Daher gibt es keine zusätzliche potenzielle Energie, die Sie für die Partikelerzeugung verwenden können.
Natürlich ist es sicherlich möglich, Ausnahmen davon zu finden, wie sie in einigen der anderen Antworten enthalten sind. Es hängt bis zu einem gewissen Grad davon ab, was Sie als Teilchen betrachten. (Ich denke, dieses Argument funktioniert am besten in einer reinen QFT-Sichtweise, wo Sie die Kraftträger als echte Teilchen betrachten, aber in diesem Fall gibt es sowieso keine potentielle Energie.)
Prinzipiell kann man Partikel mit Potential erzeugen, der prototypische Fall ist Color Confinement . Aber ich glaube, Sie werden Felddichten brauchen, die die notwendige Energie auf sehr kleinem Raum bringen, weshalb es mit der starken Kraft funktioniert, aber wir sehen es nicht bei anderen.
Ein (auf der Schale befindliches) Photon kann sich nicht einfach in ein (auf der Schale befindliches) Elektron verwandeln, da ein solcher Prozess nicht in der Lage wäre, sowohl Energie als auch Impuls zu erhalten.
Wladimir Kalitwjanski
Simon