פורטל:פיזיקה/סוגיה נבחרת/18

והפעם — איון ויצירת זוג

דיאגרמה המציגה תהליך בו פוטון מתפצל לאלקטרון ופוזיטרון

תורת היחסות הפרטית קובעת שקילות בין מסה לאנרגיה המתוארת על ידי המשוואה המפורסמת E=mc² הקובעת כי מסה היא צורה מסוימת של אנרגיה (בדומה לחום או לאנרגיה חשמלית). אחת המשמעויות של משוואה זו היא כי מסה יכולה, בתנאים מסוימים, להפוך לצורות אחרות של אנרגיה וכן להפך – צורות שונות של אנרגיה יכולות להפוך למסה. ההליך הראשון מתרחש במספר צורות, ביניהן ביקוע גרעיני, היתוך גרעיני ואיון.

תהליך האיון הוא תהליך בו חלקיק ואנטי-חלקיק בעלי מסה הופכים לחלקיק חסר מסה הנושא אנרגיה בלבד, למשל תהליך בו אלקטרון ופוזיטרון ממירים את המסה שלהם לאנרגיה ויוצרים פוטון. אף התהליך ההפוך יכול להתקיים – חלקיק אנרגטי חסר מסה יכול להתפצל, בתנאים מסוימים, לשני חלקיקים בעלי מסה. כך, למשל, פוטון יכול ליצור אלקטרון ופוזיטרון על חשבון האנרגיה שהוא נושא. כדי ליצור זוג חלקיקים בעלי מסה מסוימת, דרושה כמות מינימלית של אנרגיה. לפי המשוואה של איינשטיין, האנרגיה הזו היא המסה כפול מהירות האור בריבוע. מספר זה יש להכפיל ב-2, משום שנוצרים שני חלקיקים בעלי מסה זהה (לחלקיק ולאנטי חלקיק אותה מסה). תהליכים אלו כפופים אף לחוק שימור התנע הגורר הגבלות נוספות על התנאים בהם הם יכולים להתרחש. כך, לדוגמה, על מנת שתהליך יצירת הזוג יוכל להתרחש, ישנו צורך בחלקיק מסיבי נוסף בקרבת המערכת אשר יקלוט תנע.