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과학

쌍생성

쌍생성과학
영문명
Pair production
대표 생성물
전자와 양전자
필수 제약
에너지와 운동량 보존
관련 반응
전자 양전자 소멸
쌍생성은 에너지가 입자와 반입자 한 쌍을 만드는 과정이다. 대표적으로 높은 에너지의 광자가 물질과 상호작용하여 전자와 양전자를 생성하는 경우가 있으며, 광자끼리의 상호작용으로도 전자 양전자 쌍이 만들어질 수 있다.

한 개가 아닌 한 쌍

전자와 양전자의 전하는 크기가 같고 부호가 반대이므로 새로 만들어진 쌍의 총전하는 0이다. 이 과정은 광자를 전자 하나로만 바꾸는 설명과 다르다. 입자의 정지 질량에 해당하는 에너지를 마련하는 것뿐 아니라 전하와 운동량 등 반응의 보존 조건도 만족해야 한다.

정지 에너지보다 충분해야 한다

전자와 양전자의 정지 에너지 합은 약 1.022 MeV이다. 원자핵 부근에서 일어나는 쌍생성에서는 입사 광자가 이 에너지 규모를 넘어야 하며, 반동 등도 고려해야 한다. 정지 에너지 합은 필요한 최소 에너지의 기준이지 모든 환경의 정확한 문턱이 무조건 같다는 뜻은 아니다.

어디에서 상호작용하는가

물질에서는 원자핵이나 전자와의 상호작용으로 전자 양전자 쌍이 생성될 수 있다. 원자 전자가 반동하여 함께 튀어나오는 경우에는 최종적으로 전하 입자 세 개가 나타나며 삼중 생성이라고 부른다. 이 경우의 문턱은 원자핵 부근의 대표적인 경우보다 높다.

빛과 빛의 반응

쌍생성 전체를 물질 속 광자 흡수로만 한정할 수는 없다. 고에너지 중이온이 스쳐 지나가는 실험에서는 광자 상호작용으로 생성된 전자 양전자 쌍을 연구한다. 어느 경우든 빛이 물질로 바뀐다는 표현만으로 충분하지 않으며, 반응에 참여한 대상과 생성물의 에너지 및 운동량을 함께 살펴야 한다.

관련 문서

전자 / 반물질 / 광자 / 전자 양전자 소멸 / 에너지 / 운동량 / 원자핵 / 전하