La materializzazione dei fotoni

Quando un fotone di alta energia attraversa il campo elettrico prodotto dal nucleo di un atomo può succedere che il fotone "scompaia" e al suo posto si crei una coppia di elettroni di carica positiva e negativa,

$$\gamma \rightarrow e^{+}+e^{-}$$

Per il principio di Einstein ciò può succedere solo se il fotone primario ha un'energia con massa a riposo dell'elettrone. Questo processo di produzione di coppie ha quindi una energia di soglia pari a 1.022 MeV.
Inoltre, per la conservazione del momento, esso può accadere solo in presenza del campo elettrico di una particella, solitamente un nucleo atomico, che acquista parte del momento del fotone.
In tale reazione, il nucleo acquista una frazione molto piccola dell'energia del fotone primario, che viene quindi quasi ripartita tra i due elettroni:

$$E_{\gamma} \simeq 2m_ec^2 + E_- + E_+$$ (1)

Per questa ragione lo studio degli elettroni secondari permette di ottenere una buona stima delle caratteristiche del fotone incidente.