Czy dwie przeciwległe wiązki fotonów w próżni będą się nawzajem rozpraszać? Na tzw. chłopski rozum fotony są swoimi własnymi antycząstkami, więc jeśli doprowadzimy do zderzenia czołowego dwóch naprzeciwległych wiązek fotonów o tej samej długości fali, to powinny one anihilować i wyprodukować dwa fotony o takiej samej energii (z zasady zachowania energii), ale dowolnym kierunku (bo sumaryczny pęd w układzie laboratoryjnym i tak będzie zero), niekoniecznie takim samym jak oryginalne wiązki– czyli zaobserwujemy rozpraszanie wiązek na sobie.
Czy dwie przeciwległe wiązki fotonów rozpraszają się?
Pytanie
Odpowiedź
Jeśli energia $E$ obu fotonów w układzie ich środka masy spełnia nierówność $E \geq mc^2$, gdzie $m$ jest masą elektronu, to możliwe jest rozpraszanie nieelastyczne $\gamma\gamma \to e^+ e^-$. W tym procesie fotony anihilują i produkują parę elektron-pozyton. Jeśli energia fotonów jest mniejsza, to nadal może powstać para elektron-pozyton, ale jedynie wirtualna, która następnie anihiluje w dwa fotony. Ostatecznie mamy więc wspomniany w pytaniu proces $\gamma\gamma \to \gamma\gamma$, przy czym dwa fotony w stanie końcowym będą mogły poruszać się w innym kierunku niż fotony początkowe. Więcej informacji na ten temat można znaleźć tutaj.