Mit welchen Elementarteilchen wechselwirkt Licht?

Interagiert Licht außer mit Elektronen mit den anderen subatomaren Teilchen? Verhalten sich verschiedene Elementarteilchen auch unterschiedlich, wenn sie mit Licht (Röntgen- oder Gammastrahlen) interagieren? Können Sie zum Beispiel sagen, dass dies ein Up-Quark ist und dies Charme ist?

Antworten (3)

Licht auf der Ebene der Teilchen, nach der Sie fragen, besteht aus einem Zusammenfluss von Photonen. Photonen sind Elementarteilchen im Standardmodell der Teilchenphysik. Diese Teilchen befinden sich auf der zugrunde liegenden Ebene aller Materie, wie wir sie derzeit kennen.

Teil

In erster Ordnung interagieren Photonen mit der elektromagnetischen Wechselwirkung mit allen geladenen Teilchen in der Tabelle und damit mit allen komplexen Teilchen, atomaren und molekularen Einheiten, die sie enthalten. Zum Beispiel ist das Neutron neutral, aber die darin enthaltenen Quarks sind geladen, also gibt es eine Wechselwirkung erster Ordnung.

Neutrale Elementarteilchen außer dem Photon sind das Neutrino und das Higgs. Für diese neutralen Elementarteilchen gibt es keine Wechselwirkung erster Ordnung.

Aber Wechselwirkungen von Elementarteilchen durchlaufen Terme höherer Ordnung in der Entwicklung zur Berechnung der Wirkungsquerschnitte. Es gibt Photon-Photon-Streuung , deren Querschnitt mit der Energie wächst. Es gibt auch Neutrino- Photonenstreuung durch Z- und W-Austausch in Diagrammen höherer Ordnung, diese Reaktion ist wichtig für kosmologische Modelle.

Äquivalent dazu existiert ein Higgs-Boson für den Zwei-Photonen- Zerfall, daher wären in kosmologischen Studien die Diagramme höherer Ordnung wieder wichtig.

Die Antwort auf Ihre Frage lautet also:

Licht wechselwirkt in erster Ordnung (höhere Wirkungsquerschnitte) mit allen geladenen Elementarteilchen und über Diagramme höherer Ordnung mit den neutralen Elementarteilchen.

Anna, wenn ein Photon auf ein Neutron trifft, ist dies eine eindeutige Wechselwirkung mit Impulsübertragung und vielleicht eine erneute Emission eines Photons. Warum nennen wir es nicht eine Wechselwirkung erster Ordnung?
@HolgerFiedler Ich habe es eine Interaktion erster Ordnung genannt.
„Zum Beispiel ist das Neutron neutral, aber die darin enthaltenen Quarks sind geladen, also gibt es eine Wechselwirkung erster Ordnung.“ Meine Frage war, warum man sagen muss, dass Neutron als neutrales Teilchen durch seine Quarks wechselwirkt. Brauchen wir diese Komplikation wirklich?
@HolgerFiedler wenn wir eine Querschnittsberechnung aufschreiben wollen, ja.
@HolgerFiedler - wenn nicht, bekommst du einen Widerspruch: Das "Neutron" selbst ist zwar neutral, aber nicht elementar. Die Wechselwirkung muss also zwischen einem Photon und einem (nun geladenen) Quark stattfinden.
@Frank Trifft das Auto den Rollator? Nein, niemals wird ein Auto einen Menschen anfahren, es war nur die Stoßstange. ;-)

Alle elektrisch geladenen Elementarteilchen wechselwirken mit Licht. Ungeladene Teilchen interagieren nicht mit Licht.

Licht, einschließlich alles von Radio- bis zu Gammastrahlen, interagiert nur mit Teilchen, die eine elektrische Ladung haben. Denn Licht ist die Fluktuation des elektromagnetischen Feldes.

Das häufigste Ergebnis der Wechselwirkung mit einem Lichtphoton ist eine Impulsänderung (Compton-Streuung). Wenn also alles andere gleich ist, gibt es kaum einen Unterschied zu dem, was passiert, wenn ein einzelnes Teilchen von einem Photon getroffen wird. Die Masse des getroffenen Teilchens würde die Energie des gestreuten Photons beeinflussen, wobei Teilchen mit größerer Masse dem Photon weniger Energie entziehen.

Was komplexeres Verhalten (Absorption, Paarbildung usw.) bestimmt, ist das größere System, an das das getroffene Teilchen gebunden ist – Quarks in einem Hadron, Elektronen in einem Atom usw.

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