Drempelenergie

Drempelenergie, ook wel threshold energy genoemd, is de minimale kinetische energie die nodig is voor een proces om te kunnen plaatsvinden. De term wordt vooral gebruikt in kern- en deeltjesfysica, maar ook in de solid-state- en materiaalkunde. Het begrip beschrijft de energiekost die nodig is om in een systeem de randvoorwaarden van behoud van energie en impuls te halen.

In deeltjes- en kernfysica hangt de drempelenergie af van de massa’s van de betrokken deeltjes. Als de rustmassa’s van de uitgangstoestanden opgeteld kleiner of gelijk zijn aan die van de finalen, kan het proces zonder extra inkomende energie gebeuren; anders is er een positieve drempelenergie nodig. Bij hogere incidentenergie kan het proces wel plaatsvinden, doorgaans met een toenemende kans naarmate de energie verder boven de drempel ligt. Voorbeelden zijn de productie van extra deeltjes in inelastische botsingen, zoals p + p -> p + p + π0, waarvoor in een laboratoriumopstelling een minimale protonenergie nodig is (de drempel ligt op circa enkele honderden MeV). Een andere klassiek voorbeeld is fotonenggeluidsproductie: een foton dient ten minste de rustmassa van een elektron-positronpaar te leveren (ongeveer 1,022 MeV) in de aanwezigheid van een kernoordragter, zodat momentum kan worden afgevoerd.

In de vaste toestand en halfgeleiders spreekt men soms ook over drempelenergie als de bandgap: de minimale fotonenergie die nodig is om een elektron van de valentie- naar de geleidingsband te brengen. Dit is cruciaal voor absorptie en optische processen.

Het begrip verschilt van activeringsenergie, die betrekking heeft op de energieklim die een reactie moet overwinnen om als kinetische proces te kunnen verlopen. Drempelenergie geeft de kinematische grens aan; activeringsenergie bepaalt de snelheid van een reactie.