Решение на момент правки #15439 от , автор emixter. Это не текущая версия.

Условие

7.4.13∗. Расстояние между электроном и позитроном в позитронии . Какую минимальную энергию нужно сообщить электрону, чтобы позитроний распался?

Решение

Потенциальная энергия пары электрона и позитрона на расстоянии :

где , - заряд электрона.

Распад позитрония означает, что полная энергия в системе центра масс неотрицательна:

отн

То есть относительная кинетическая энергия должна достигнуть:

отн

Обозначим - скорость вращения частиц относительно неподвижной системы координат. Радиус окружности вращения составит . Запишем второй закон Ньютона для позитрония:

здесь - масса электрона.

Приведённая масса для двух равных масс :

Начальная относительная скорость:

нотн

Отсюда начальная относительная кинетическая энергия:

нотннотн

Подставим (1):

нотн

Чтобы отн достигло нужно добавить энергии:

отннотн

Оптимальное направление передачи дополнительной скорости (энергии) — вдоль текущей скорости электрона, потому что это даёт наибольшее увеличение относительной скорости при минимальной затрате энергии. Пусть мгновенное приращение скорости электрона равно , тогда конечная скорость для электрона будет:

А для позитрона скорость не успеет изменится: .

Тогда конечная относительная скорость:

котн

Конечная относительная энергия:

котнкотн

Приращение кинетической энергии относительного движения:

отнкотннотн

С учётом выражения (2), получим:

Но с другой стороны, согласно выражению (1), получим:

Вышло квадратное уравнение относительно :

Нас интересует только положительный корень уравнения:

Начальная полная кинетическая энергия нашего позитрония:

н

Конечная полная кинетическая энергия нашего позитрония:

к

Поэтому сообщённая системе энергия:

кн

Подставим сюда (3):

Вновь используя выражение (1), получим:

мин

Окончательно:

мин

Ответ

мин