Античастинка

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Античасти́нки — частинки з рівними, але протилежними за знаком електричним зарядом і магнетним моментом в порівнянні з відповідними елементарними частинками, наприклад, антипротон — протон, позитрон — електрон. 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.

Першою була відкрита 1932 А. електрона — позитрон (К.-Д. Андерсон, США). 1955 в Берклі (США) Е. Сегре, К. Віганд, Т. Іпсілантіс та О. Чемберлен відкрили антипротон, використавши потоки протонів, прискорені до великих енергій синхрофазотроном. Згодом там же спостерігали і антинейтрони, які одержували перезарядженням антипротонів. Частинки взаємодіють з А. головним чином шляхом анігіляції, напр.

$e^- + e^+ \to 2\gamma$

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

де $e -$ і $e +$ — електрон і позитрон, $p +$ і $p -$ — протон і антипротон, $γ$ — фотони.

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

Існування позитрона випливає з рівняння Дірака (див. квантова механіка). Особливістю рівняння Дірака є наявність серед його розв'язків таких функцій, що описують частинки з негативною 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 позитроном.

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 А. і одночасного обернення знака електромагнітного поля. За сучасними уявленнями всі відомі елементарні частинки (нейтрони, мезони, нуклони, гіперони) мають А., причому, що саме назвати частинкою, а що — античастинкою, — є питанням визначення. Наприклад, розглядаючи пару частинок $\pi^\pm$ — мезони, можна назвати $π +$ частинкою, а $π -$ А., або ж навпаки. Частинка, тотожна своїй А. (частинка, що не має заряду і магніт, моменту), називається істинно нейтральною (π°-мезон, фотон). Проте система, що не має ні заряду, ні магнітітного 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 (див. Квантова механіка). 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.