14.5.17. При какой минимальной кинетической энергии позитрона его столкновение с неподвижным электроном может вызвать появление протон-антипротонной пары: $e^+ + e^− → p + \bar{p}$? Во сколько раз эта энергия больше минимальной кинетической энергии позитрона, который рождает протон-антипротонную пару при встречном столкновении с электроном?
Решение
Автор предлагает 2 способа получить протон-антипротонную пару. Будем интерпретировать условие так что во втором случае электрон и позитрон движутся навстречу друг другу с одинаковыми скоростями.
Также помним, что минимальной энергии соответствуют покоящиеся относительно друг друга итоговые частицы. Тогда инвариант в первом случае:
$$I_1=\frac{(E_{e}+m_ec^2)^2}{c^2}-p_e^2=\frac{(2m_pc^2)^2}{c^2}=4m_p^2c^2\tag{1}$$ где $E_{e}=m_ec^2+E_{k1}$ и $p_e=\gamma m_e v=\frac{\beta}{c}E_{e}=\frac{\beta}{\sqrt{1-\beta^2}}mc$ И можно конечно составлять сложные уравнения относительно $\beta$, но проще записать еще один инвариант, теперь для позитрона: $$m_e^2c^2=\frac{E_e^2}{c^2}-p_e^2\tag{2}$$ $(2)\to(1)$ $$\frac{(E_{e}+m_ec^2)^2}{c^2}-\frac{E_e^2}{c^2}=4m_p^2c^2-m_e^2c^2$$ $$2E_{e}m_ec^2=4m_p^2c^4-2m_e^2c^4$$ $$E_{e}=c^2\frac{2m_p^2-m_e^2}{m_e}$$ $$E_{k1}=E_{e}-m_ec^2=2c^2\frac{m_p^2-m_e^2}{m_e}\tag{3}$$ Теперь аналогично рассмотрим второй случай, учитывая что суммарный импульс системы равен 0: $$I_2=\frac{(2E_e)^2}{c^2}=\frac{(2m_pc^2)^2}{c^2}=4m_p^2c^2\tag{4}$$ $$E_e=m_pc^2\tag{5}$$ $$E_{k2}=c^2(m_p-m_e)$$ $$N=\frac{E_{k1}}{E_{k2}}=2\frac{m_p^2-m_e^2}{m_e(m_p-m_e)}=2\left(\frac{m_p}{m_e}+1\right)\approx 3.7\cdot 10^3$$ Видно, что почти вся кинетическая энергия в первом случае идет не на слоздание пары, а на её разгон
$No:$ У Савченко опечатка во второй части ответа, но на численный ответ она влияет слабо