Warum setzt die Elektron-Positron-Vernichtung zwei Gamma-Photonen frei? [Duplikat]

Sie sollten nicht "Gammaphoton" sagen. Es ist entweder "Gammateilchen" oder besser nur "Photon".

Ein einzelnes Photon kann nicht in ein Paar aus Elektron und Positron zerfallen, die beide dann „wegfliegen“ würden. Dies ist tatsächlich eine Folge der Impulserhaltung. Unter Verwendung der angemesseneren Sprache der Quantenelektrodynamik (QED) kann man sagen, dass in einem solchen Knoten: (der der einzige in der QED ist – hier ist er nur anders gezeichnet) mindestens eines der Teilchen außerhalb der Schale sein muss. Mit anderen Worten, es muss ein virtuelles Teilchen sein, das für keine messbare Zeit existiert und den höheren Ordnungen der Störungstheorie entspricht.

Infolgedessen gibt es in QED keine Prozesse mit nur einem Scheitelpunkt. Sie haben jedoch nur wenige Reaktionen zweiter Ordnung. All das lässt sich aus dem folgenden Bild ablesen (unter Annahme verschiedener Richtungen der Zeitachse):

1. Von links nach rechts: zwei Photonen in Elektron und Positron (letzteres entspricht der entgegengesetzten Pfeilrichtung)
2. Von rechts nach links: Elektron und Positron vernichten sich in zwei Photonen
3. Von oben nach unten: Photon-Elektron-Streuung
4. Von unten nach oben: Photon-Positron-Streuung

Als Übung können Sie sich überlegen, was die anderen möglichen Reaktionen zweiter Ordnung sind. Sie können auch versuchen, ein Bild zu zeichnen, das der Reaktion entspricht "$\gamma+\gamma\to\gamma+\gamma$".

Die Unmöglichkeit einer Reaktion mit drei realen Teilchen und nur einer Ecke aufgrund der Impulserhaltung ist ein rein klassisches Ergebnis. Und Quantenkorrekturen können dies ohnehin nicht überwinden. Wenn Sie ein Elektron-Positron-Paar haben, können Sie jederzeit zu ihrem Impulsrahmen wechseln, in dem$\vec{p}_{\text{total}}$verschwindet identisch. Allerdings seit$\vec{p}_{\gamma}=\vec{p}_{\text{total}}=0$, hat man$E_{\gamma}=\vec{p}_{\gamma}^2=0$— im Grunde kein Photon, die Reaktion existiert nicht.