- Explique, com suas palavras, o processo de produção e aniquilação de pares. ( 0,5 pontos)
Passo 1
O enunciado pede que a gente explique, com nossas próprias palavras, como ocorrem (a) a produção de pares partícula-antipartícula e (b) a aniquilação de pares. Esses processos envolvem conceitos de energia de repouso da matéria,
, e conservação de energia e momento em interações de fótons e partículas.
Passo 2
Produção de pares: um único fóton não pode simplesmente criar uma partícula de massa
e sua antipartícula sem mais nada, porque ficaria impossível conservar momento. Para que a reação
ocorra, precisamos de um segundo corpo (geralmente um núcleo atômico) que absorva parte do momento. Além disso, o fóton inicial deve ter energia mínima igual a
para “pagar” a energia de repouso dos dois corpos. Na prática, um fóton bem energético passa próximo a um núcleo, “empresta” momento dele, e se converte em uma partícula e sua antipartícula.
Passo 3
Aniquilação de pares: é o processo inverso. Uma partícula
encontra sua antipartícula
; elas se “desfazem” mutuamente e produzem fótons (ou outros bósons) cuja energia total é a soma das energias de repouso mais as energias cinéticas:
Aqui também se conserva energia e momento. Se a partícula e antipartícula estiverem quase em repouso no centro de massa, geralmente surgem dois fótons de energia aproximada
cada um, emitidos em direções opostas para equilibrar o momento.
Resposta
Na produção de pares, um fóton de energia pelo menos igual a
interage com um núcleo para que parte do momento seja transferida e permita a criação de uma partícula de massa
e sua antipartícula. Na aniquilação, essa partícula e sua antipartícula se encontram e convertem toda sua massa (e energia cinética) em fótons, respeitando conservação de energia e momento.