Was ist die elektromagnetische Wechselwirkung?

Die elektromagnetische Wechselwirkung ist eine Wechselwirkung, an der alle Teilchen mit elektrischer Ladung teilnehmen.
Die elektromagnetische Wechselwirkung findet über ein Austauschteilchen statt:
das Photon g.
Diese Photon, was man auch als "Lichtteilchen" bezeichnen kann, ist selber elektrisch neutral und besitzt keine Masse. Daher kann es mit Lichtgeschwindigkeit, also so schnell wie nur möglich, fliegen und relativ lange Strecken zurücklegen. Dies ist auch der Grund, warum wir im Alltag elektromagnetische Wechselwirkungen wahrnehmen können.
Allerdings werden in der Teilchenphysik die elektromagnetischen Phänomene über den Austausch von Photonen und nicht nur einfach über eine elektromagnetische Kraft erklärt.

Was geschieht bei der elektromagnetischen Wechselwirkung?
Was sind die drei Wechselwirkungseigenschaften der elektromagnetischen Wechselwirkung?

Bei der elektromagnetischen Wechselwirkung gibt es wie bei den anderen Wechselwirkungen auch drei Phänomene:

1.)Kraft:	die elektromagnetische Kraftwirkung, d.h. Anziehung und Abstoßung, findet über den Austausch von Photonen statt
2.)Zerfall:	Beim Zerfall vernichten sich ein Teilchen und sein Antiteilchen (z.B. Quark & Antiquark, Elektron & Positron) und es entsteht ein Photon. Bei der sogenannten Paarvernichtung eines Elektrons und eines Positrons sieht die Reaktion folgendermaßen aus:   e- + e+ --> g
3.)Produktion:	Bei der Produktion entsteht aus einem Photon mit ausreichend hoher Energie ein Teilchenpaar, bestehend aus Teilchen und dazugehörigem Antiteilchen. Man hat also den umgedrehten Prozeß zum Zerfall. Betrachtet man die Paarvernichtung eines Elektrons und Positrons, sieht die Reaktion folgendermaßen aus:     g --> e- + e+

Was bedeutet der Begriff der Energie für den Zerfall und die Produktion?

Eine Produktion kann im oben erwähnten Fall der Paarbildung nur passieren, wenn das Photon mindestens so viel Energie hatte wie sie den Massen der beiden produzierten Teilchen zusammen entsprechen würde. Dies erkennt man an der Einsteinschen Gleichung zur "Massenenergie":

E = mc².

(Hierbei ist E die Energie, m die Masse und c die Lichtgeschwindigkeit.)

In dem obigen Beispiel bedeutet dies:

Masse des Elektrons = Masse des Positrons = 0,511 MeV/c².
Damit ergibt sich für das erzeugte Paar eine Gesamtmasse von 1,022 MeV/c².
Setzt man dies in die Gleichung E = mc² für die Masse m ein:

E = (1,022 MeV/c²) * c² ,

so kürzen sich die c² heraus und man erhält:

E = 1,022 MeV.

Das bedeutet, daß das Photon zur Produktion eines Elektron-Positron-Paares eine Mindestenergie von 1,022 MeV braucht.

Man sieht an diesem Beispiel die Äquivalenz von Energie und Masse, die beide ineinander umgewandelt werden können:

Energie --> Masse: Produktion
Masse --> Energie: Zerfall

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