题目
两个光子在一定条件下可以转化为正负电子对,如果两光子的能量相等,问要实现这种转化,光子的波长最大是多少?
两个光子在一定条件下可以转化为正负电子对,如果两光子的能量相等,问要实现这种转化,光子的波长最大是多少?
题目解答
答案


解析
步骤 1:能量守恒
光子转化为正负电子对时,能量守恒。正负电子对的总能量不小于静止质量,即 $E \geqslant 2m_{e}c^{2}$,其中 $m_{e}$ 是电子的静止质量,$c$ 是光速。
步骤 2:光子能量与频率的关系
光子的能量 $E$ 与频率 $v$ 的关系为 $E = hv$,其中 $h$ 是普朗克常数。因此,两个光子的总能量为 $2hv$。
步骤 3:能量不等式
根据能量守恒,两个光子的总能量应不小于正负电子对的总能量,即 $2hv \geqslant 2m_{e}c^{2}$。化简得到 $v \geqslant \frac{m_{e}c^{2}}{h}$。
步骤 4:波长与频率的关系
波长 $\lambda$ 与频率 $v$ 的关系为 $\lambda = \frac{c}{v}$。将步骤 3 中的频率不等式代入,得到 $\lambda \leqslant \frac{h}{m_{e}c}$。这个值就是电子的康普顿波长 $\lambda_{c}$。
步骤 5:计算康普顿波长
电子的康普顿波长 $\lambda_{c} = \frac{h}{m_{e}c} = 2.426 \times 10^{-12} m$。
光子转化为正负电子对时,能量守恒。正负电子对的总能量不小于静止质量,即 $E \geqslant 2m_{e}c^{2}$,其中 $m_{e}$ 是电子的静止质量,$c$ 是光速。
步骤 2:光子能量与频率的关系
光子的能量 $E$ 与频率 $v$ 的关系为 $E = hv$,其中 $h$ 是普朗克常数。因此,两个光子的总能量为 $2hv$。
步骤 3:能量不等式
根据能量守恒,两个光子的总能量应不小于正负电子对的总能量,即 $2hv \geqslant 2m_{e}c^{2}$。化简得到 $v \geqslant \frac{m_{e}c^{2}}{h}$。
步骤 4:波长与频率的关系
波长 $\lambda$ 与频率 $v$ 的关系为 $\lambda = \frac{c}{v}$。将步骤 3 中的频率不等式代入,得到 $\lambda \leqslant \frac{h}{m_{e}c}$。这个值就是电子的康普顿波长 $\lambda_{c}$。
步骤 5:计算康普顿波长
电子的康普顿波长 $\lambda_{c} = \frac{h}{m_{e}c} = 2.426 \times 10^{-12} m$。