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Paarerzeugung

Im Rahmen von relativistischen Quantenfeldtheorien sind Prozesse erlaubt, bei denen ein Teilchen und ein entsprechendes Antiteilchen zusammentreffen und sich in elektromagnetische Strahlung verwandeln (Paarvernichtung) und umgekehrt Prozesse, bei denen aus elektromagnetischer Strahlung ein Teilchen und ein entsprechendes Antiteilchen entstehen (Paarerzeugung).

Diese Prozesse zeigen, dass sich tatsächlich alle mit der Masse von Materieteilchen gemäß Einsteins Masse-Energie-Äquivalenz verbundene Energie in andere Energieformen (eben elektromagnetische Strahlungsenergie) umwandeln kann.

Definitioner

Strahlung

Alle Phänomene, bei denen Energie in Form von Wellen oder Teilchen durch den Raum transportiert wird. Beispiel: elektromagnetische Strahlung.

Paarerzeugung

Paarvernichtung (Paarerzeugung)

Energie

Physikalische Größe, die sich dadurch auszeichnet, dass bei physikalischen Prozessen niemals Energie erzeugt oder vernichtet, sondern lediglich bestimmte Energieformen ineinander umgewandelt werden.

Beispiele für spezielle Energieformen sind Bewegungsenergie, Wärmeenergie und die Energie elektromagnetischer Strahlung.

Für Alltagsanwendungen ist dabei besonders interessant, dass bei Energieumwandlungen Arbeit verrichtet werden kann, wenn etwa elektrische Energie in Bewegungsenergie umgewandelt wird (wie in einer elektrischen Lokomotive, die einen Zug in Bewegung setzt) oder in Wärmeenergie (wie in einer elektrischen Heizdecke).

Wichtige Aussage der Speziellen Relativitätstheorie ist, dass Energie und Masse einander komplett äquivalent sind - zwei Möglichkeiten, um letzendlich dieselbe physikalische Größe zu definieren. Siehe das Stichwort Masse-Energie-Äquivalenz.

Im Rahmen der Allgemeinen Relativitätstheorie trägt auch Energie zur Gravitationswirkung bei (siehe hierzu das Vertiefungsthema Masse und mehr).

Antiteilchen

Es ist eine allgemeine Eigenschaft von Theorien, die Spezielle Relativitätstheorie und Quantentheorie verbinden, dass sie zu jeder Teilchensorte eine Sorte von Antiteilchen vorhersagen. Zu den Elektronen existieren als Antiteilchen die Positronen, zu den Protonen gehören die Antiprotonen, usw. Allgemein gilt, dass Antiteilchen dieselbe Masse besitzen wie die zugehörigen Teilchen, aber entgegengesetzte Ladungen; beispielsweise haben Elektronen und Positronen dieselbe Masse, aber die Elektronen sind elektrisch negativ geladen, die Positronen elektrisch positiv. Bei Teilchen, die gar keine Ladung tragen, sind Teilchen und Antiteilchen identisch.

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