荷電粒子の発生について

質問

荷電粒子の発生についてよくわからないのでご解答宜しくお願いします。

回答No.2

oshiete_goo · ベストアンサー

＞２）イオン性結晶NaCl(食塩)が水に溶けてイオンNa+とCl-が生じる．
この例はいわゆる電解質(水などの溶媒に溶けたとき電離してプラスとマイナスのイオンを生じるもの)で，いくらでも身近な例はあります．

NaCl(食塩)：NaCl→Na+ ＋ Cl-
CH3COOH(酢酸[食酢の成分]):CH3COOH→CH3COO- ＋ H+
NaOH(水酸化ナトリウム[苛性ソーダ])：NaOH→Na+＋OH-
etc.

＞３）素粒子反応のレベル．　
素粒子，原子核反応のレベルでも色々です．

対生成：アインシュタインの関係式E=mc^2で示されるように，エネルギーと質量は相互に変換出来ることより，純粋なエネルギーから，粒子と反粒子が同時に生成される反応．

例えば高エネルギーを持った光子を物体に入射させ，原子の電場との相互作用により　e+e-(陽電子[電子の反粒子]と電子)の対を作る(その際，重心系で見て(少なくとも)２mc^2以上の運動エネルギーで衝突する必要があります)．

あるいは一般には中性の粒子同士をぶつけて粒子と反粒子の対生成を起こす．
エネルギーさえ高ければ，もっと大きな質量の粒子も(原理的には)作れます．
(といっても，中性の粒子は直接加速するのが困難なので，そういうビームを間接的に(別の粒子線から)作るか，原理的には超高温で自発的に衝突が起きるような状況を作る事になるでしょうが，初期宇宙などの超高温状態を考えればザラですが，普通の環境では実現しにくい．)

さらには，中性の粒子，例えばロー中間子(ρ)が、荷電パイ中間子対(π+とπ-)に崩壊するといった例．

ところで，＃１では，中性の状態から電気的中性の条件を破るという状況の話をしましたが，中性の粒子同士から作る事にこだわらなければ(純粋な粒子-反粒子の生成を見たい場合以外はむしろこちらが普通)，加速器で作った高エネルギーの荷電粒子同士をぶつけるとか，高エネルギーの荷電粒子を標的の物質にぶつけるとか，ひたすらやれば色々な素粒子反応で，色々な荷電粒子が出来ます（ただし中性粒子も出来たりします）．具体的な個々の反応については，素粒子物理学の本をご覧下さい．(実際には色々な保存則などの制約があって，何でも起きるわけではありません．[参考URL参照])

でも，この場合はもともとの電荷がゼロではないので，新たに荷電粒子は発生しても(全電荷は保存)，電荷ゼロから作るわけではないので，質問者さんの質問の趣旨にひょっとすると合わないかも知れません．(+1=+5+(-4)　みたいな話です．)

又，むやみにぶつけても，何が出来たのか，解析が困難になるので，先程の中性粒子からの対生成の話に比べると，一般にはかなり解析は難しくなります．

以上，内容に訂正，補足等ありましたら，詳しい方は是非ご訂正いただけるようお願い致します．

参考URL：

http://www.kek.jp/kids/jiten/particle/interac.html

回答No.3

oshiete_goo

#2の補足です
＞例えば高エネルギーを持った光子を物体に入射させ，原子の電場との相互作用により　e+e-(陽電子[電子の反粒子]と電子)の対を作る(その際，重心系で見て(少なくとも)２mc^2以上の運動エネルギーで衝突する必要があります)．

これは, アインシュタインの関係式E=mc^2から, ともに質量mの粒子反粒子を対生成するには, 原理的に重心系で見て衝突のエネルギーとして(少なくとも)２mc^2以上の全エネルギー(質量エネルギー+運動エネルギーの意味で)で衝突する必要があるということをいいたかったのです．光子は静止質量ゼロより, 全エネルギー＝『運動』エネルギーのつもりで書きましたが, 誤解を招いたかも知れません.

一般の質量ゼロでない粒子から作る場合は「重心系で見て２mc^2以上の（質量エネルギーも含めての）全エネルギーが必要」ですので, ご注意ください.
普通は粒子対の生成に有効に使われない部分があるので, その分もっと大きなエネルギ－が必要です.

＞中性の粒子同士をぶつけて粒子と反粒子の対生成を起こす．
これはある程度は既に書きましたが, 「原理的には」ということで, 光子同士の場合を除いては現実的にはそう簡単ではないわけで, むしろ＃２で後述の「中性の粒子の荷電粒子対への崩壊」の方がはるかに普通でしょう.

回答No.1

oshiete_goo

通常の状態の物質ではマクロに見ると電気的中性の条件が成り立っていますから，『荷電粒子の発生』という場合，その条件を破ってプラスとマイナスの電荷を作るわけですが，どのような状況を想定しておられるのでしょうか．
[例]
１）セーターをこすって静電気(プラスとマイナスの電荷)が生じる．
２）イオン性結晶NaCl(食塩)が水に溶けてイオンNa+とCl-が生じる．
３）素粒子反応のレベル．　高エネルギー光子を物体に入射させ，e+e-などを作る（対生成）etc.

お礼

例の中だと…。(２)(３)のことについて教えてください。

補足

例の中で選ぶと(２)(３)のことについて教えてください。