Antipartiklar

Den aktuella versionen av sidan har ännu inte granskats av erfarna bidragsgivare och kan skilja sig väsentligt från versionen som granskades den 21 maj 2021; kontroller kräver 4 redigeringar .

En antipartikel  är en tvillingpartikel av någon annan elementarpartikel , med samma massa och samma spinn , som skiljer sig från den i tecken på alla andra interaktionsegenskaper [1] (laddningar, såsom elektriska [2] och färgladdningar , baryon och lepton kvanttal ).

Själva definitionen av vad man ska kalla en "partikel" i ett partikel-antipartikel-par är till stor del godtycklig. Men med ett givet val av "partikel" är dess antipartikel unikt bestämd. Bevarandet av baryonnumret i processerna av svag interaktion gör det möjligt att bestämma "partikeln" i vilket par som helst av baryon-antibaryon genom kedjan av sönderfall av baryoner. Valet av en elektron som en "partikel" i ett elektron-positron-par fixerar (på grund av bevarandet av leptontalet i svaga interaktionsprocesser ) definitionen av tillståndet för en "partikel" i ett par elektronneutrinos-antineutrinos. Övergångar mellan leptoner av olika generationer (av typen ) har inte observerats, så att definitionen av en "partikel" i varje generation av leptoner, generellt sett, kan göras oberoende. Vanligtvis, i analogi med en elektron, kallas "partiklar" negativt laddade leptoner , som, samtidigt som leptonnumret bibehålls, bestämmer motsvarande neutriner och antineutriner . För bosoner kan begreppet "partikel" fixas genom att till exempel definiera hyperladdning .

Förekomsten av antipartiklar

Förekomsten av antipartiklar förutspåddes av P.A.M. Dirac [1] . Den kvantrelativistiska rörelseekvationen för elektronen ( Dirac-ekvationen ) som han erhöll 1928 innehöll nödvändigtvis lösningar med negativa energier. Senare visades det att försvinnandet av en elektron med negativ energi skulle tolkas som utseendet av en partikel (med samma massa) med positiv energi och en positiv elektrisk laddning, det vill säga en antipartikel med avseende på elektronen. Denna partikel, positronen  , upptäcktes 1932 [1] .

I efterföljande experiment fann man att inte bara elektronen, utan alla andra partiklar har sina egna antipartiklar [1] . År 1936 upptäcktes myonen (μ - ) och μ + dess antipartikel i kosmiska strålar , och 1947 - π - och π +  - mesoner som utgör ett par av partikel - antipartikel; 1955 upptäcktes en antiproton i experiment vid acceleratorn , 1956 en antineutron , 1966 ett antideuterium , 1970 ett antihelium , 1998 ett antiväte [1] , 2011 ett antihelium-4 [3] etc. Hittills , observerade antipartiklar av nästan alla kända partiklar, och det råder ingen tvekan om att alla partiklar har antipartiklar.

Sanna neutrala partiklar

För vissa neutrala partiklar sammanfaller antipartikeln identiskt med partikeln. Dessa är i synnerhet foton , neutral pi-meson , eta-meson och andra quarkonia , Higgs boson , Z-boson , graviton . Sådana partiklar kallas verkligt neutrala . Vi betonar att elektriskt neutrala partiklar kanske inte sammanfaller med deras antipartiklar. Detta gäller i synnerhet neutronen , neutrinon , neutral kaon , etc.

Alla kända verkligt neutrala partiklar  är bosoner , men i princip kan verkligt neutrala fermioner också existera (de så kallade Majorana-partiklarna ).

Oscillationer

Om något av kvanttalen för en elektriskt neutral partikel inte är strikt bevarad, är övergångar (oscillationer) mellan partikelns tillstånd och dess antipartikel möjliga. I det här fallet är tillstånd med ett visst icke-konserverat kvanttal inte egentillstånd för energimomentumoperatorn, utan är superpositioner av verkligt neutrala tillstånd med vissa massvärden. Ett liknande fenomen kan realiseras i system , etc.

Födelse och förintelse

Antipartiklarnas födelse sker vid kollisioner av materiapartiklar som accelereras till energier som överstiger tröskeln för födelsen av ett partikel-antipartikelpar (se Parfödelse ). Under laboratorieförhållanden produceras antipartiklar i partikelinteraktioner vid acceleratorer ; lagringen av de resulterande antipartiklarna utförs i lagringsringar under högvakuum. Under naturliga förhållanden föds antipartiklar under interaktionen av primär kosmisk strålning med materia, till exempel jordens atmosfär , och bör också födas i närheten av pulsarer och aktiva galaktiska kärnor . Teoretisk astrofysik överväger bildandet av antipartiklar (positroner, antinukleoner) under ansamlingen av materia på svarta hål . Inom ramen för modern kosmologi övervägs skapandet av antipartiklar under avdunstning av lågmassa ursprungliga svarta hål. Vid temperaturer som överstiger viloenergin för partiklar av en given sort (i energisystemet av enheter), är partikel-antipartikelpar närvarande i jämvikt med materia och elektromagnetisk strålning . Sådana förhållanden kan realiseras för elektron-positronpar i de heta kärnorna av massiva stjärnor. Enligt teorin om det heta universum, i de mycket tidiga stadierna av universums expansion , var partikel-antipartikelpar av alla slag i jämvikt med materia och strålning. I enlighet med de stora föreningsmodellerna kan effekterna av brott mot C- och CP-invarians i icke-jämviktsprocesser med icke-bevarande av baryontalet leda till universums baryonsymmetri även under strikta initiala förhållanden. lika antal partiklar och antipartiklar. Detta ger en fysisk motivering för bristen på observationsdata om förekomsten av antipartikelobjekt i universum .

När en partikel kolliderar med sin antipartikel kan de förintas .

Se även

Anteckningar

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Naturens elementära partiklar . Antipartiklar 52. D. V. Skobeltsyn Research Institute of Nuclear Physics, Lomonosov Moscow State University . Tillträdesdatum: 7 maj 2014. Arkiverad från originalet 7 maj 2014.
  2. ↑ Antipartiklar - Great Russian Encyclopedia . Hämtad 4 juni 2016. Arkiverad från originalet 23 april 2016.
  3. ↑ Elements Science News: ALICE mäter massorna och bindningsenergierna hos ljusa antinuclei . Hämtad 19 augusti 2015. Arkiverad från originalet 21 augusti 2015.