A produção de pares está relacionada a um processo físico fundamental na teoria quântica de campos, em que a energia de um fóton não pode ser convertida em um par de partículas.

A produção de pares é uma manifestação prática da equação de Einstein, E=mc² , que nos diz que energia e massa são intercambiáveis.

Para que a produção de pares ocorra, a energia do fóton deve ser suficiente para criar a massa das duas partículas. Além disso, a conservação do momento deve ser respeitada. Portanto, a produção de pares só pode ocorrer no vácuo e normalmente acontece na proximidade de um núcleo atômico, que serve para conservar o momento total do sistema.

O limiar máximo de energia para que ocorra a produção de pares é o da massa combinada do par de partículas. No caso de um elétron (e) e um pósitron (e+), a energia máxima (Emax) necessária pode ser calculada pela equação:
Emax=2mec²
Onde:
– me é a massa do elétron (aproximadamente 9 ×10⁻³¹ kg),
– c é a velocidade da luz no vácuo.

Durante a produção de pares, a energia total e o momento linear devem ser conservados. Se Ey é a energia do fóton, e pe e pe+ são os momentos do elétron e do pósitron respectivamente, então a conservação da energia pode ser expressa como:
Ey=Ee-Ee+
e a conservação do momento como: