電子是不可再分的基本粒子

“電子是不是能轉(zhuǎn)化成光子”這樣的問題，其實(shí)是要看條件的，如果僅僅是一個(gè)電子，要讓它轉(zhuǎn)化成光子基本上是不可能的事情。

按照上世紀(jì)50-70年基于狹義相對(duì)論和量子力學(xué)，建立起來了一套粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型理論。

這套理論把20世紀(jì)，甚至包括21世紀(jì)初發(fā)現(xiàn)的100多種粒子進(jìn)行了分類，這種分類并不是大家想象中的那種隨意分分。而是基于非常深刻的物理學(xué)理論而建立起來的分類體系。在這個(gè)理論中把粒子分為兩個(gè)大類：費(fèi)米子&玻色子。其中費(fèi)米子認(rèn)為是構(gòu)成物質(zhì)的最小單位，這里就包括了夸克，電子，電子中微子，μ子，μ子中微子，τ子，τ子中微子以及他們的反粒子。

而玻色子實(shí)際上是用來傳遞相互作用的，膠子是束縛夸克的，而介子是用來把質(zhì)子和中子束縛在原子核內(nèi)的，（這里補(bǔ)充一點(diǎn)，介子不屬于基本粒子），它們傳遞的是強(qiáng)相互作用。而衰變有關(guān)的相互作用是弱相互作用，是依靠W玻色子和Z玻色子來傳遞。而光子是用來傳遞電磁相互作用的。這些粒子都被稱為規(guī)范玻色子，還有一個(gè)賦予粒子質(zhì)量的叫做希格斯玻色子。

這里夸克一共有36個(gè)，輕子有12種，規(guī)范玻色子有12種，加上1個(gè)希格斯玻色子，一共是61種。

像質(zhì)子或者中子這樣的粒子就沒有進(jìn)入到粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型當(dāng)中，這是因?yàn)樗麄兪强梢栽俜值?。電子屬于輕子，是不可以再分的，按照目前的理論來說，電子沒有半衰期，它的壽命和宇宙的壽命應(yīng)該是一樣的長(zhǎng)。因此，想讓單個(gè)電子直接變成光子是沒辦法做到的。

正反電子湮滅

雖然單個(gè)電子無法做到，但還有一種辦法。宇宙誕生之初，溫度極其高，當(dāng)時(shí)除了光子之外，沒有其他粒子。而光子是沒有自己的“反粒子”的，或者說自己是自己的反粒子。所以，早期的光子在極其高溫的環(huán)境下，獲得足夠高的能量，并且發(fā)生碰撞，是會(huì)產(chǎn)生物質(zhì)粒子的，比如：電子。這主要看一對(duì)光子的能量是不是高于一對(duì)正反電子的能量，如果是，那就可以產(chǎn)生，多余的能量會(huì)轉(zhuǎn)化為電子的動(dòng)能。

不過，這個(gè)過程對(duì)于溫度要求極為苛刻，下表就列出了要生成各種物質(zhì)粒子所需要能量。（這張表來自于弱電統(tǒng)一理論的提出者溫伯格的科普書《最初三分鐘》，講述的就是宇宙誕生之初，物質(zhì)粒子產(chǎn)生的過程。）

所以，從這里，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，正反粒子對(duì)撞是可能會(huì)發(fā)生點(diǎn)什么的。實(shí)際上，電子和它的反粒子正電子，如果對(duì)撞，就會(huì)發(fā)生湮滅，也就是全部轉(zhuǎn)化成了光子的形式散射掉了。因此，如果要實(shí)現(xiàn)電子到光子的過程，可以通過電子和正電子的湮滅實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)然，這并不是瞎猜的。1928年，狄拉克將量子力學(xué)和狹義相對(duì)論結(jié)合起來提出量子場(chǎng)論時(shí)，這方程中就有“正電子”的解。但這只是有理論而已。到了1932年，科學(xué)家卡爾·安德森讓宇宙射線通過云室和鉛片，通過對(duì)軌跡和數(shù)據(jù)的分析，證實(shí)了正電子的存在。他也因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了正電子獲得了1936年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。后來，科學(xué)家實(shí)驗(yàn)室里用特高兩段的短距離激光轟擊1毫米厚度的金箔時(shí)，也能夠達(dá)到正電子，而且數(shù)量極為可觀。

躍遷

其實(shí)還有一種辦法根本不需要消滅掉電子也能得到光子，那就是躍遷。

原子核外的電子其實(shí)可以通過吸收能量，躍遷到更高的能量；同時(shí)，它也可以通過釋放能量，躍遷到能量更低的能級(jí)。這種躍遷的過程就被我們稱為躍遷。

而躍遷到低能量所釋放的能量通常是以電磁波（光子）的形式發(fā)出去。所以，電子由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷的過程也能產(chǎn)生光子。

最后，我們來總結(jié)一下，單個(gè)電子并沒有辦法直接轉(zhuǎn)化成光子，如果是電子和它的反粒子正電子發(fā)生湮滅，那這對(duì)正反電子就會(huì)完全轉(zhuǎn)化為光子。除此之外，電子從高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，也會(huì)釋放出能量，這些能量以電磁波（光子）釋放出來。