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若能给电磁波提供足够能量,能否使之成为实物粒子?

 漫步之心情 2017-11-12

施郁

(复旦大学物理学系教授)

可以的,但是是在微观层次上。

所谓实物粒子,其实就是除了光子之外的基本粒子。 光子是构成电磁场的基本粒子,没有质量,以光速运动。

我们通常的实物由原子组成,原子由电子和原子核构成,原子核由质子和中子构成,质子和中子由3种夸克组成。世界上还有其他各种各样的基本粒子,可能在放射性元素的衰变中产生,也可能在高能对撞机中撞出来,还可能来自宇宙空间。

每种基本粒子都有它的反粒子。正反粒子的质量和刻画自旋角动量性质的自旋量子数相同,但是它们的其他各种可以具有的性质相反,也就是说,各种荷和其他量子数相反。荷的例子:带电粒子的电荷,量子数的例子:代表在空间反演(或镜面反射)下的性质的宇称,代表所属基本粒子种类的轻子数或重子数,等等。

最典型和常见的例子就是电子和正电子。他们的电子轻子数分别是+1和-1。

光子是自己的反粒子,所以它的各种荷和量子数是零。

在某种基本相互作用下(电磁相互作用、弱相互作用或强相互作用),如果满足它所要求的各种守恒律,以及能量和动量的守恒,基本粒子就可以互相转化。

在电磁相互作用下,光子可以转换为电子和正电子,或者转化为缪子和正缪子。

这正是问题所问的电磁波转化为实物粒子。

不过这里有个细节上的微妙,在自由空间,这样的过程不能同时满足能量和动量的守恒,但是在原子核的背景下,则可以同时满足能量和动量的守恒。事实上,在安德森发现正电子之前,赵忠尧就发现了这样的过程导致的某种原子核的“反常吸收“,但是赵先生不知道是这个原因。

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