1. 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=mc^2, 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 m e sua antipartícula sem mais nada, porque ficaria impossível conservar momento. Para que a reação
\gamma \;\longrightarrow\; X + \bar X
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
E_\gamma \ge 2\,m c^2
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 X encontra sua antipartícula \bar X; elas se “desfazem” mutuamente e produzem fótons (ou outros bósons) cuja energia total é a soma das energias de repouso mais as energias cinéticas:
X + \bar X \;\longrightarrow\; \gamma + \gamma \quad (\text{ou múltiplos fótons})úó
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 m c^2 cada um, emitidos em direções opostas para equilibrar o momento.

Resposta

Na produção de pares, um fóton de energia pelo menos igual a 2mc^2 interage com um núcleo para que parte do momento seja transferida e permita a criação de uma partícula de massa m 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.

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