Фотоны взаимодействуют с фотонами?

[telihoph]

Как гамма-кванты могут рассеиваться на УФ-фотонах?
Разве фотоны взаимодействуют друг с другом?

Недавно несколько групп, в основном используя данные Ферми, получили потрясающие результаты по внегалактическому фоновому излучению (не путать с реликтом!). Оно в осноном доминировано фотонами от первых звезд и активных ядер. Сами эти объекты мы не видим. Зато с излучением могут взаимодействовать жесткие кванты далеких внегалактических источников. Суммируя спектральные данные по сотням блазаров, удалось выделить депрессию, связанную с взаимодействием гамма-квантов с фотонами фонового излучения.

http://arxiv.org/pdf/1309.0612v1.pdf

http://compulenta.computerra.ru/universe/astronomy/10006313/

[Maxim Barkov]

Могут рождать электрон-позитронную пару если их энергия выше пороговой
(e1/me c^2)*(e2/me c^2)*(1-cos(th))>2
e1 e2 - энергии фотонов, th - угол между нимиб все в лабораторной системе.

Важность этого эффекта для внегалактического поглащения гамма фотонов впервые обсуждалась Никишовым в 1962м. 
Этот эффект активно обсуждается в литеретуре более 10 лет после начала наблюдений на черенковских телескопах HEGRA и H.E.S.S. .

Журналисты, как обычно, не разобрались в истории вопроса.

Для справки, в ТэВ видят источник с z>1.
Для ферми (район GeV) это значение выше z>3.1
см fig 19
http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0004-637X/743/2/171/pdf

[Змей Петров]

Maxim Barkov, но вроде достаточно энергичные фотоны могут рождать электрон-позитронную пару только в сильных ЭМ-полях(ну например вблизи атомного ядра)?
УФ-квантов вроде для этого недостаточно? Или тут работает всё то же соотношение неопределённостей? Т.е. хоть встречный квант и мал по энергии, но с нек. вероятностью "распад" энергичного фотона может произойти?

[telihoph]

Вот именно два фотона взаимодействуют в пустоте?
Т.е. если два лазерных пучка скрестить, то они частично провзаимодействуют?

Или тут иносказательно говорится о том, что гамма-квант провзаимодействовал с сильно ионизированным ионом, который возник в ранней Вселенной под воздействием жёсткого УФ-излучения?
Т.е. что при взаимодействии гамма-кванта и УФ-кванта имелось промежуточное звено в виде этого иона?

[Geen]

http://elementy.ru/problems/505/Stolknovenie_fotonov

[archetip-z]

Да, взаимодействуют, но не ниже гамма уровня. Приводят к рождению двух частиц. Материальных. Было две волны, а тут раз частички появились. А волны куда делись? А никуда, были инет их - зато частички есть электрон и позитрон.

[VimanaPro]

Да, взаимодействуют, но не ниже гамма уровня. Приводят к рождению двух частиц. Материальных. Было две волны, а тут раз частички появились. А волны куда делись? А никуда, были инет их - зато частички есть электрон и позитрон.

Вбить в поиск photon-photon interaction и читать, читать, читать ... или набрать http://arxiv.org/find/all/1/OR+au:Photon_Photon+all:+AND+EXACT+Photon_Photon+Interactions/0/1/0/all/0/1 и тоже: читать, читать, читать ...
 

[Maxim Barkov]

Maxim Barkov, но вроде достаточно энергичные фотоны могут рождать электрон-позитронную пару только в сильных ЭМ-полях(ну например вблизи атомного ядра)?
УФ-квантов вроде для этого недостаточно? Или тут работает всё то же соотношение неопределённостей? Т.е. хоть встречный квант и мал по энергии, но с нек. вероятностью "распад" энергичного фотона может произойти?

Нет, это пороговый процесс.
Вы можете анигилировать не только УФ фотон, а хоть реликт или радио, если мягкий фотон будет взаимодействовать с достаточно жестким (энергичным).
В упрощенном виде формула которую я привел выглядит примерно так
E1*E2 > 10^12 эВ^2
Если вы аннигилируете оптический фотон с энергией 1 эВ, то вам будет нужен жесткий квант с энергией более 10^12 эВ.
Вы переходите в центр масс этих двух фотонов и в системе центра масс этих фотонов вы получите два кванта с энергий больше 10^6 эВ > me c^2, что и позволяет аннигиляцию этих квантов на   электрон-позитронную пару.

Во вселенной количество гамма квантов мало, их буквально регестрируют поштучно. Мягких же фотонов очень много.
Уничтожение одного мягкого фотона практически ни чего не меняет (ни количественно, ни энергетически), уничтожение жесткого фотона это совсем другая история, которая ведет к вполне видимым последствиям.
По этому в литературе бурно обсуждается поглащение жестких гамма квантов на мягких фоновых фотонах, а не наооборот.
 

[Maxim Barkov]

Вот именно два фотона взаимодействуют в пустоте?
Т.е. если два лазерных пучка скрестить, то они частично провзаимодействуют?

Или тут иносказательно говорится о том, что гамма-квант провзаимодействовал с сильно ионизированным ионом, который возник в ранней Вселенной под воздействием жёсткого УФ-излучения?
Т.е. что при взаимодействии гамма-кванта и УФ-кванта имелось промежуточное звено в виде этого иона?

Нет, Нет и Нет.

[Змей Петров]

Если вы аннигилируете оптический фотон с энергией 1 эВ, то вам будет нужен жесткий квант с энергией более 10^12 эВ.Вы переходите в центр масс этих двух фотонов и в системе центра масс этих фотонов вы получите два кванта с энергий больше 10^6 эВ > me c^2, что и позволяет аннигиляцию этих квантов на   электрон-позитронную пару.

А вопрос с другой стороны.
При взаимодействии двух фотонов по 0.512 МэВ (ну или чуть больше) может родиться электрон-позитронная пара?
 
И ещё.
Тогда исходя из наличия РИ существует некий конкретный предел энергии фотонов, которые к нам прилетают из космоса?

[Maxim Barkov]

Если вы аннигилируете оптический фотон с энергией 1 эВ, то вам будет нужен жесткий квант с энергией более 10^12 эВ.Вы переходите в центр масс этих двух фотонов и в системе центра масс этих фотонов вы получите два кванта с энергий больше 10^6 эВ > me c^2, что и позволяет аннигиляцию этих квантов на   электрон-позитронную пару.

А вопрос с другой стороны.
При взаимодействии двух фотонов по 0.512 МэВ (ну или чуть больше) может родиться электрон-позитронная пара?
 
И ещё.
Тогда исходя из наличия РИ существует некий конкретный предел энергии фотонов, которые к нам прилетают из космоса?

1) Да, смотри формулу в моем первом сообщении.
2) Предел есть, но он а)  зависит от растояния б) оптическое излучение и инфракрас играют сравнимую роль, а начинают работать при гораздо меньших энергиях.

[Змей Петров]

Ну и еще за компанию вопрос.
Электрон-позитрон, аннигилируют при минимуме энергии(если можно так сказать - взаимной).
Здесь мы рассматриваем обратный процесс, по принципу обратимости(не настаиваю, просто интуитивно) с фотонами д.б. примерно то же?
Ну, ещё сформулирую так -
Что конкретно получается в результате "распада" очень энергичного фотона при взаимодействии с мелким? Электрон-позитронная пара с очень большими энергией/импульсом, или электрон-позитронная пара + меньший по энергии фотон(или несколько)?

[Незван]

А Вы можете сами с этим поиграть: тут нет ничего, кроме законов сохранения энергии и импульса. Часть энергии уходит на образование пары, остальная должна распределиться по частицам так, чтобы суммарный импульс сохранился.

[Змей Петров]

Незван, я не настолько продвинут, что бы самому с этим играться.
Ну и, вы уверены, что кроме энергии/импульса там ничего сохраняться не должно?

[Незван]

Формулы простые без интегралов и даже производных:
Для фотонов
\(E=h \nu\)
\(p=\frac{h \nu}{c}\)
Для электрона/позитрона
\(p=\gamma mv\)
\(Е_{кин}=mc^2 (\gamma -1) \)

[Змей Петров]

Незван, и какой из этого вывод  по вашему?
Что конкретно получается в результате "распада" очень энергичного фотона при взаимодействии с мелким? Электрон-позитронная пара с очень большими энергией/импульсом, или электрон-позитронная пара + меньший по энергии фотон(или несколько)?

[xd]

Первое. Но электроны могут потом ещё каким-то путём потерять энергию и излучить вторичные фотоны.

[Змей Петров]

Первое.

А обоснование этому есть? Теоретическое, либо экспериментальное?

[xd]

Написали ж выше вроде.

[Maxim Barkov]

Змей, вы опять ленитесь.
Получили пару раз ответы, интересно? Идите в поисковик и ищите подходящую литературу.