home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1992 #31 / NN_1992_31.iso / spool / sci / physics / 21858 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1992-12-29  |  4.4 KB  |  111 lines

  1. Newsgroups: sci.physics
  2. Path: sparky!uunet!zaphod.mps.ohio-state.edu!pacific.mps.ohio-state.edu!linac!sunova!sscvx1.ssc.gov!draper
  3. From: draper@sscvx1.ssc.gov
  4. Subject: Re: What are the conditions for Mass <-> Energy conversion
  5. Message-ID: <1992Dec29.154112.1@sscvx1.ssc.gov>
  6. Lines: 98
  7. Sender: usenet@sunova.ssc.gov (News Admin)
  8. Nntp-Posting-Host: sscvx1
  9. Organization: Superconducting Super Collider Laboratory
  10. References: <8091@tekig7.PEN.TEK.COM> <1992Dec26.134900.7041@hubcap.clemson.edu> <1992Dec28.024210.17537@monu6.cc.monash.edu.au>
  11. Date: Tue, 29 Dec 1992 21:41:12 GMT
  12.  
  13. Sorry for the bandwidth, but I need to include alot of what I'm replying to
  14. for clarity...
  15. In article <1992Dec28.024210.17537@monu6.cc.monash.edu.au>, darice@yoyo.cc.monash.edu.au (Fred Rice) writes:
  16. > In <1992Dec26.134900.7041@hubcap.clemson.edu> jtbell@hubcap.clemson.edu (Jon Bell) writes:
  17. >>In article <8091@tekig7.PEN.TEK.COM> bhides@tekig1.PEN.TEK.COM (Sandhiprakas J Bhide) writes:
  18. >>>
  19. >>>Now, if it is indeed true, why is that sunrays or for that matter
  20. >>>any other energy such as heat does not by itself convert into mass?
  21. >>>That is while I am shaving in front of the mirror, why is that the
  22. >>>light emnating from the lamp does not get converted into mass?
  23. >>>
  24. >>Various "conservation laws" have to be satisfied.  For example, a single
  25. >>photon (quantum of light energy) traveling through "empty" space 
  26. >>cannot spontaneously convert into a material particle (or convert part
  27. >>of its energy into one) because it would violate conservation of 
  28. >>momentum.  However, if a high-energy (e.g. gamma-ray) photon passes near
  29. >>an atomic nucleus, it can produce an electron-positron pair, because 
  30. >>the nucleus can recoil slightly to conserve momentum.
  31. > In more detail, according to special relativity, the following relation
  32. > holds:
  33. > E^2 = (p^2)(c^2) + (m^2)(c^4)   [1]
  34. > where E=energy, p=momentum, m=mass,
  35. > and c=speed of light, which is a constant.
  36. > We require conservation of energy and momentum, i.e. of E and p.
  37. > Since a photon has no mass, it's energy squared according to [1] is
  38. > E(photon)^2 = (p^2)(c^2)   [2]
  39. > whereas the energy of a single particle is the full equation given in [1].
  40. > Since we require energy to be conserved (and thus energy squared to be
  41. > conserved), equating [2] and [1], for the initial photon before
  42. > conversion to mass and the particle after the photon is converted to
  43. > mass, we get
  44. > (p^2)(c^2) = (p^2)(c^2) + (m^2)(c^4)   [3].
  45. > The momentum (p) on the left hand side (for the photon) and on the right
  46. > hand side (for the particle) are identical because we require
  47. > conservation of momentum. 
  48. > Equation [3] simplifies to
  49. > 0 = (m^2)(c^4)   [5].
  50. > Since c is a nonzero constant, in equation [5] we require m=0, i.e. a 
  51. > single photon cannot spontaneously convert into a single particle with mass.
  52. > How about a photon converting into two particles?
  53. > Let's say our two particles, 1 and 2, have masses m1 and m2 and momenta
  54. > p1 and p2 respectively, and let's leave p to be the momentum of the
  55. > photon.
  56. > Then equation [3] becomes:
  57. > (p^2)(c^2) = (p1^2)(c^2) + (p2^2)(c^2) + (m1^2)(c^4) + (m2^2)(c^4)
  58. >            = (p1^2 + p2^2)(c^2) + (m1^2 + m2^2)(c^4)               [6]
  59. > However, due to conservation of momentum, we require _p_ = _p1_ + _p2_, 
  60. > where _a_ means that _a_ is a vector,
  61. > and therefore _p_^2 = (_p1_ + _p2_)^2 = p1^2 + p2^2 + 2p1p2cos(A), where A
  62. > is the angle between _p1_ and _p2_.  Thus [6] becomes
  63. > (p1^2 + p2^2 + 2p1p2cos(A))(c^2) = (p1^2 + p2^2)(c^2) + (m1^2 + m2^2)(c^4)
  64. > => 2p1p2cos(A) = (m1^2 + m2^2)(c^2)  [7]
  65. > Equation [7] is the equation that needs to be fulfilled in
  66. > order to have a photon spontaneously convert into two particles (such as
  67. > an electron-positron pair).  
  68. > This seems to me to be possible.
  69. That's because equation 6 is wrong.
  70. What you probably meant to say is that conservation of energy demands
  71. E^2 = (E1 + E2)^2
  72. so that
  73. E^2 = p^2 = p1^2 + m1^2 + p2^2 + m2^2 + 2E1E2
  74. and since by conservation of momentum
  75. p = p1 + p2
  76. we then get
  77. p1^2 + p2^2 + 2p1p2cos(A) = p1^2 + m1^2 + p2^2 + m2^2 + 2E1E2.
  78. Solving for cos(A) gives
  79. cos(A) = [m1^2 + m2^2]/2p1p2 + E1E2/p1p2
  80. Now as long as m1 and m2 are nonzero, the first term on the right is
  81. positive-definite and the second term is greater than 1. Thus there is no real
  82. solution for A.
  83.  
  84. But I generally only take off a couple of points for algebra errors.
  85.  
  86. Paul Draper
  87. University of Texas at Arlington
  88. Mythink, not UTAthink, not SSCthink, not GOVthink
  89.