粒子の崩壊と寿命に関連して

質問

相対論的に考えると、自由電子が光子を放出、吸収できないらしいのですが何故ですか？
回答お願いいたします。

回答No.2

harepanda

相対性理論を持ち出すまでもなく、「粒子の崩壊と寿命に関連して」という質問が、光子のような小さな粒子ではなく、元素や電子など、比較的、大きな粒子について語っているので、光子が直接、電子から出入りすることは、考えにくいことだと返答させていただきます。特に、ただの電子ではなく自由電子を想定している状況では、核爆発を起こすと光るけど、あれは何？といった議論は想定外でしょう（核爆発自体は相対性理論に基づく挙動を示します）。

現段階でのお奨めは、岩波ジュニア新書「元素の小事典」でしょう。元素の世界でも、どのような物質が安定的で、どのような物質が不安定なのかは、ある程度、カバーされています。これを完全に理解してから、電子や陽子の世界に入っていったほうが良いと思います。

これが光ではなく重粒子線とかだと、事情が違います。現に物質が、重粒子線を浴びて他の物質に変わってしまうことがありうるからです。小松左京のSF小説に「復活の日」という、なかなかよく考えられた名作があるのですが、これにはウイルスの姿をとらず、純粋に核酸だけで増殖していく生物兵器（というか、自己増殖性毒物と言うべきか）が出てきます。この兵器が外部にもれだしたことにより、人類は南極にいた人を残して滅亡してしまうのですが、通常の放射能では意味が無い、重粒子線が欲しいので原子炉を貸してくれと頼み込む学者が出てきます。実験の結果、重粒子線をあてると、普通のウィルスのようになり、毒性もなく、増殖力も強まるという結果が得られたため、それを突破口にワクチンの製造に成功。ところが温帯復帰を果たした人類が見たものは、大気中に問題の自己増殖性核酸はなく、研究者が作った無害なウィルスに似たものばかりだったのです。理由は簡単で、人類滅亡後も生き残っていた自動報復システムが核兵器を打ちまくったわけですが、そのほとんどが、中性子爆弾だったからなのです。

ちなみに、「復活の日」には、本当はカント哲学を知らないと理解できない叙述が数箇所あるのですが、無視しましょう。

お礼

質問させていただいたことのより深層部をおきかせいただき恐縮です。
御回答ありがとうございます。

回答No.1

maru-tu

光子の放出を考えてみます。一般性を失うことなく、光子放出前の自由電子が静止している系を考えることができます。この系で電子のもつ運動量は0、エネルギーはmc^2です。

光子を放出する過程でエネルギーおよび運動量は保存されます。その結果、放出できる光子のエネルギーが0であることがわかります。つまり光子を放出できない、ということになるわけです。

単純にいえば「自由電子には放出できるような余剰エネルギーはない」ということになりますね。

お礼

返答が遅れてしまい申し訳ありません。
大変分かりやすい説明ありがとうございました。