对产生与湮灭

能量与物质可以互相转化，量子电动力学里两个最生动的演示就经常上演。在对产生中，一个能量足够高的光子消失，取而代之地出现两个物质粒子：一个电子和它的反物质孪生兄弟——正电子。在湮灭中，过程反过来：一个电子遇上一个正电子，两者把对方摧毁，质量完全转化为能量，化作光子飞散而去。纯粹的光变成物质，物质又变成纯粹的光。

这两个过程都遵守严格的守恒定律，这正是为什么光子不能随心所欲地在任何地方就变成物质。要产生一个电子-正电子对，光子至少要带有足以供给两个粒子静止质量的能量——一道约 102.2 万电子伏的阈值，因为每个粒子的静止能量约为 0.511 MeV。它还需要附近有个原子核或另一个粒子来吸收反冲，因为单独一个光子在产生对的同时无法既守恒能量又守恒动量。湮灭则通常产生两个朝相反方向飞出的光子，分摊释放出的能量，从而使动量平衡。

这些是日常的主力，而非奇异的稀罕物。电子-正电子湮灭是 PET 扫描的基础：体内放出的正电子发生湮灭，由此产生的背对背伽马射线被探测到，用以构建医学影像。对产生则是高能伽马射线在探测器中、以及宇宙线击中大气时如何雪崩式地簇射成一连串粒子的机制。两者合在一起，是爱因斯坦质能等价一次一个粒子地上演的最干净的演示。