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Paarbildung (Physik)

Unter Paarbildung (auch Paarerzeugung genannt) versteht man in der Physik die Bildung eines Teilchen-Antiteilchen-Paares aus einem energiereichen Photon.

Die Energie des Photons muss dabei mindestens der Summe der Ruheenergien der zu erzeugenden Teilchen entsprechen. Ein Beispiel hierfür ist die Bildung eines Elektron-Positron-Paares durch die Wechselwirkung eines Photons mit dem elektrischen Feld eines Atomkerns, wodurch fast die gesamte Energie des Photons umgewandelt wird in die Ruhemasse der beiden Teilchen und ihre kinetische Energie.

In der genauen Energiebilanz muss noch der Rückstoß des Atomkerns betrachtet werden, in dessen Feld die Paarbildung abläuft. Die Schwellenenergie ist

Dabei ist M die Masse des wechselwirkenden Kerns und me die Ruhemasse des Elektrons.

Der Faktor kann im Allgemeinen vernachlässigt werden (Beispiel HPGe-Detektor: Ge-Kern, ).

Für eine Paarbildung im Feld eines Elektrons statt eines Atomkerns ergibt sich jedoch die rund doppelt so hohe Schwellenenergie

.

Paarbildung kann z. B. in Blasenkammeraufnahmen (direkt) beobachtet werden.

Bei der Wechselwirkung von Gammastrahlung genügender Energie (mindestens 1,022 MeV, das doppelte der Ruheenergie von Elektron bzw. Positron) mit Materie kann je nach Ordnungszahl die Paarbildung der vorherrschende Prozess sein. Sie stellt im Wortsinne keine Ionisation dar, ist aber im praktischen Sinne damit gleichzusetzen, da elektrische Ladungen frei werden und da die beiden erzeugten Teilchen ihrerseits weiter ionisieren können.

Ein Spezialfall der Paarbildung ist die Triplettbildung.

Den zur Paarbildung entgegengesetzten Prozess, bei dem ein Teilchen-Antiteilchen-Paar vernichtet wird, nennt man Annihilation.