Как гамма-квант создаёт пару частиц
В грозовом облаке сильные электрические поля могут разгонять электроны до очень больших энергий. Сталкиваясь с молекулами воздуха, такие электроны испускают гамма-кванты — чрезвычайно энергичные частицы света. Если энергии кванта хватает, он может породить электрон и позитрон: это называется рождением пары.
Для этого требуется как минимум энергия, равная суммарной массе двух частиц, выраженной в энергетических единицах. Но одного запаса энергии недостаточно: при рождении пары должен сохраняться и импульс. Поэтому рядом обычно участвует атомное ядро воздуха — оно слегка отскакивает и принимает часть импульса.
Откуда берётся свет при аннигиляции
Позитрон — античастица электрона. Когда он встречается с обычным электроном, их противоположные электрические заряды компенсируются, а масса обеих частиц переходит в энергию гамма-излучения. В простейшем случае, когда частицы почти покоятся, образуются два гамма-кванта; каждый уносит энергию, соответствующую массе электрона.
Это превращение не означает, что энергия возникла из ничего: гамма-квант сначала затратил её на создание пары, а при аннигиляции часть энергии вернулась в виде света. Если частицы двигались, излучение может иметь и дополнительную энергию за счёт их движения.
Почему это важно для изучения гроз
Позитроны трудно заметить напрямую: они живут недолго, если встречают электроны. Зато гамма-кванты от их аннигиляции оставляют характерный след. По нему исследователи судят о том, какие высокоэнергетические процессы происходят в грозовых разрядах — процессах, которые обычная вспышка молнии сама по себе не показывает.
