Античастинка

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Античасти́нки — частинки з рівними, але протилежними за знаком електричним зарядом і магнітним моментом в порівнянні з відповідними елементарними частинками, наприклад, антипротонпротон, позитронелектрон. Антиатоми і антиядра можна одержати з відповідних атомів та ядер заміною всіх елементарних частинок, що входять до їхнього складу, на античастинки. Речовину, що цілком складається з античастинок називається антиматерією.

Історія відкриття[ред.ред. код]

Першою була відкрита 1932 античастинка електрона — позитрон (Карл Девід Андерсон, США). 1955 в Берклі (США) Еміліо Сегре, К. Віганд, Т. Іпсілантіс та Оуен Чемберлен відкрили антипротон, використавши потоки протонів, прискорені до великих енергій синхрофазотроном. Згодом там же спостерігали і антинейтрони, які одержували перезарядженням антипротонів.

Анігіляція[ред.ред. код]

Частинки взаємодіють з античастинками головним чином шляхом анігіляції, наприклад:

 e^- + e^+ \to 2\gamma
 p^+ + p^- \to 2\gamma ,

де e^- і e^+ — електрон і позитрон, p^+ і p^- — протон і антипротон, \gammaфотони.

За законом збереження енергії і співвідношенням E = mc^2 \, , сумарна енергія фотонів, які утворюються при анігіляції дорівнює  W_k + 2mc^2\, , де W_k — повна кінетична енергія частинки і античастинки разом, m — маса спокою частинки чи античастинки. Античастинка утворюється разом з відповідною частинкою в реакціях зіткнення швидких частинок, кінетична енергія яких повинна перевищувати  2mc^2 .

Теоретичні основи[ред.ред. код]

Існування позитрона випливає з рівняння Дірака (див. квантова механіка). Особливістю рівняння Дірака є наявність серед його розв'язків таких функцій, що описують частинки з від'ємною повною енергією. Для усунення цього висновку, який не має фізичного змісту, застосовують спеціальну операцію, яка полягає в перетворенні функцій, що описують частинки з негативною повною енергією і негативним електричним зарядом на функції, що описують частинки з позитивною повною енергією і позитивним електричним зарядом, тобто позитрони.

Зарядове спряження[ред.ред. код]

Спостережувана симетрія між частинками і античастинками теоретично відображається в тому, що відповідні рівняння не змінюють своєї форми при застосуванні до них операції так званого зарядового спряження, тобто заміни всіх частинок на античастинки і одночасного обернення знака електромагнітного поля. За сучасними уявленнями всі відомі елементарні частинки (нейтрони, мезони, нуклони, гіперони) мають античастинки, причому, що саме назвати частинкою, а що — античастинкою, — є питанням визначення. Наприклад, розглядаючи пару частинок  \pi^\pm —мезони, можна назвати  \pi^+ частинкою, а  \pi^- античастинкою, або ж навпаки. Частинка, тотожна своїй античастинці (частинка, що не має заряду і магнітого моменту), називається істинно нейтральною (π°-мезон, фотон). Проте система, що не має ні заряду, ні магнітного моменту, може й не бути істинно нейтральною. Наприклад, атом водню з нульовим магнітним моментом не тотожний своєму антиатому, тобто антипротону з позитроном на орбіті. Оскільки при операції зарядового спряження істинно нейтральна частинка переходить сама в себе, її хвильова функція повинна множитися на +1 або на —1. У зв'язку з цим запроваджують поняття зарядової парності: частинку, хвильова функція якої при зарядовому спряженні множиться на +1, називається зарядово парною, в протилежному випадку — зарядово непарною. Хвильова функція фотона лінійно виражається через компоненти електромагнетного поля і при операції зарядового спряження змінює знак, тобто фотон — частинка зарядово непарна. Якщо припустити, що в реакціях з елементарними частинками зарядова парність зберігається, то π°-мезон слід вважати частинкою зарядово парною, оскільки він розпадається на два фотони. Закон збереження зарядової парності підтверджується розпадом позитронія. Перебуваючи в першому збудженому стані системою зарядово непарною, позитроній згідно з теорією може розпадатись мінімум на три фотони, що й спостерігається в експериментах.

Література[ред.ред. код]