Почему фотоны не рассеиваются в вакууме?
В соответствии с принципом неопределённости Гейзенберга пустое пространство, считающееся полным вакуумом, на самом деле заполнено виртуальными субатомными частицами, называемыми вакуумными флуктуациями. Когда фотон движется в вакууме, он взаимодействует с этими виртуальными частицами и при поглощении может породить пару электрон-позитрон. Эта пара…
Кароч, я по этой теме диссер защищал.
Отвечаю по пунктам
Когда фотон движется в вакууме, он взаимодействует с этими виртуальными частицами и при поглощении может породить пару электрон-позитрон. корректнее сказать, он распадается на электрон-позитрон
Эта пара нестабильна и быстро аннигилирует с испусканием фотона, аналогичного поглощённому.Пара не то, чтобы нестабильна - ее рождение запрещено законом сохранения энергии, если энергия фотона меньше 1,02 МэВ. Но у закона есть лазейка - неопределенность Гейзенберга. Другими словами, закон может не выполняться на некоторое количество энергии E, если время этого процесса не превышает постоянной Планка, деленную на E. Именно такие процессы называют виртуальными.
Впрочем, один фотон с энергией 1,02 МэВ все еще не способен родить две реальные частицы. Квантовая электродинамика разрешает только такие процессы с рождением электрон-позитронных пар, в которых участвует четное число фотонов.
Почему переизлученные фотоны сохраняют направление, соответствующее исходным фотонам?
Как уже написали выше, работает закон сохранения импульса. Впрочем, надо понять одну простую вещь: рождение электрон-позитронных пар, хоть и описывается как дискретный процесс, на самом деле происходит повсеместно без определенных точек начала и конца (даже в среде). Его можно понимать как нечто неотъемлемое у любого фотона, "размазанное" по всей траектории его существования. Физики называют это "шубой" виртуальных частиц, в которую "одеваются" реальные частицы. Точно так же реальный электрон "носит шубу" из фотонов, которые постоянно излучает и поглощает. В этом смысле в понятие частицы полезно сразу включать взаимодействие с вакуумными флуктуациями.
В таком случае, почему такой эффект никем не наблюдается?Описанный эффект очень тонок. Его еще называют иногда вакуумной нелинейностью, подразумевая, что есть мизерный шанс того, что на короткоживуюшую виртуальную пару может налететь второй фотон. Таким образом лучи света могли бы взаимодействовать даже в вакууме.
Следы вакуумной нелинейности уже увидели в дельбруковском рассеянии (см ссылку от комментатора выше). Но для того, чтобы родить реальную пару, нам нужны либо два жирных гамма-фотона и много терпения, либо много (очень очень много) оптических фотонов.
Первое удалось не так давно
https://nplus1.ru/news/2021/08/03/gg-to-ee
Для второго не хватает мощности лазеров, хотя и тут есть прогресс
https://nplus1.ru/news/2021/05/11/1023
Если есть еще вопросы, отвечу
"Как уже написали выше, работает закон сохранения импульса" простите, а какой такой импульс от фотона у которого массы как бы нет?