Die Paarbildung (auch Paarerzeugung genannt) bezeichnet die Umwandlung eines Photons in ein Elektron und ein Positron. Aus Gründen der Impulserhaltung kann sich der Konversionsprozess nur in der Nähe eines weiteren Teilchens - meistens eines Atomkerns - vollziehen.
Photonen mit einer Energie von mindestens dem Zweifachen der Ruheenergie eines Elektrons mit
können sich im Feld des Atomkerns (oder der Hüllenelektronen) spontan in ein Elektron/Positron-Paar umwandeln. Dabei übernehmen die beiden gebildeten Teilchen (und zu einem geringeren Teil der Atomkern) den die Paarbildungsenergie übersteigenden Teil der Energie des Quants (Photons) als kinetische Energie.
Das Positron zerstrahlt anschließend, sowie es mit einem Elektron zusammentrifft. Dabei entsteht Vernichtungsstrahlung. Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten der Paarbildung nimmt oberhalb der Schwellenenergie von 1,02 MeV mit der Photonenenergie und der Ordnungszahl des Absorptionsmaterials zu.
Die Paarbildung tritt zum Beispiel bei der Strahlentherapie mit ultraharter Röntgenstrahlung von Teilchenbeschleunigern auf. Paarbildung mit unmittelbar folgender Annihilation des gebildeten Teilchenpaares kann auch spontan stattfinden. Diesen Prozess nennt man Vakuumpolarisation.
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