Античастицы

Античасти́ца — частица-двойник некоторой другой

цветовой заряды, барионное и лептонное квантовые числа

Само определение того, что называть «частицей» в паре частица-античастица, в значительной мере условно. Однако при данном выборе «частицы» её античастица определяется однозначно. Сохранение барионного числа в процессах слабого взаимодействия позволяет по цепочке распадов барионов определить «частицу» в любой паре барион-антибарион. Выбор электрона как «частицы» в паре электрон-позитрон фиксирует (вследствие сохранения лептонного числа в процессах слабого взаимодействия) определение состояния «частицы» в паре электронных нейтрино-антинейтрино. Переходы между лептонами различных поколений (типа $\mu \rightarrow e$ ) не наблюдались, так что определение «частицы» в каждом поколении лептонов, вообще говоря, может быть произведено независимо. Обычно по аналогии с электроном «частицами» называют отрицательно заряженные

бозонов понятие «частица» может фиксироваться определением, например, гиперзаряда

.

Существование античастиц

Существование античастиц было предсказано

П. А. М. Дираком^[1]. Полученное им в 1928 году квантовое релятивистское уравнение движения электрона (уравнение Дирака) с необходимостью содержало решения с отрицательными энергиями. В дальнейшем было показано, что исчезновение электрона с отрицательной энергией следует интерпретировать как возникновение частицы (той же массы) с положительной энергией и с положительным электрическим зарядом, то есть античастицы по отношению к электрону. Эта частица — позитрон — была открыта в 1932 году^[1]

.

В последующих экспериментах было установлено, что не только электрон, но и все остальные частицы имеют свои античастицы

антигелий-4^[3]

и т. д. К настоящему времени наблюдались античастицы практически всех известных частиц, и не вызывает сомнения, что античастицы имеются у всех частиц.

Истинно нейтральные частицы

Для некоторых нейтральных частиц античастица тождественно совпадает с частицей. Это, в частности,

хиггсовский бозон, Z-бозон, гравитон

. Такие частицы называют истинно нейтральными. Подчеркнём, что электрически нейтральные частицы могут и не совпадать со своими античастицами. Это, в частности, касается нейтрона, нейтрино, нейтрального каона и т. д.

Все известные

майорановские частицы

).

Осцилляции

Если какое-либо из квантовых чисел электрически нейтральной частицы не сохраняется строго, то возможны переходы (осцилляции) между состояниями частицы и её античастицы. В этом случае состояния с определённым не сохраняющимся квантовым числом не являются собственными состояниями оператора энергии-импульса, а представляют собой суперпозиции истинно нейтральных состояний с определёнными значениями массы. Подобное явление может реализовываться в системах $\nu -{\overline {\nu }}$ , $n-{\overline {n}}$ , $K_{0}-{\overline {K_{0}}}$ и т. п.

Рождение и аннигиляция

Рождение античастиц происходит в столкновениях частиц вещества, разогнанных до энергий, превосходящих порог рождения пары частица-античастица (см. Рождение пар). В лабораторных условиях античастицы рождаются во взаимодействиях частиц на ускорителях; хранение образующихся античастиц осуществляют в накопительных кольцах при высоком вакууме. В естественных условиях античастицы рождаются при взаимодействии первичных космических лучей с веществом, например, атмосферы Земли, а также должны рождаться в окрестностях пульсаров и активных ядер галактик. Теоретическая астрофизика рассматривает образование античастиц (позитронов, антинуклонов) при аккреции вещества на чёрные дыры. В рамках современной космологии рассматривают рождение античастиц при испарении первичных чёрных дыр малой массы. При температурах, превышающих энергию покоя частиц данного сорта (в энергетической системе единиц), пары частица-античастица присутствуют в равновесии с веществом и электромагнитным излучением. Такие условия могут реализовываться для электрон-позитронных пар в горячих ядрах массивных звёзд. Согласно теории горячей Вселенной, на очень ранних стадиях расширения Вселенной в равновесии с веществом и излучением находились пары частица-античастица всех сортов. В соответствии с моделями великого объединения эффекты нарушения С- и CP-инвариантности в неравновесных процессах с не сохранением барионного числа могли привести в очень ранней Вселенной к барионной асимметрии Вселенной даже в условиях строгого начального равенства числа частиц и античастиц. Это даёт физическое обоснование отсутствию наблюдательных данных о существовании во Вселенной объектов из античастиц.

При столкновении частицы со своей античастицей возможна их аннигиляция.

См. также

Примечания

↑ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ Элементарные частицы Природы (неопр.). Античастицы 52. Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. Дата обращения: 7 мая 2014. Архивировано 7 мая 2014 года.
↑ АНТИЧАСТИ́ЦЫ : [арх. 23 апреля 2016] / В. Я. Файнберг // Анкилоз — Банка. — М. : Большая российская энциклопедия, 2005. — С. 65-66. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 2). — ISBN 5-85270-330-3.
↑ Элементы — новости науки: ALICE измерил массы и энергии связи легких антиядер (неопр.). Дата обращения: 19 августа 2015. Архивировано 21 августа 2015 года.

[sinp1-1] ¹ ² ³ ⁴ ⁵ Элементарные частицы Природы (неопр.). Античастицы 52. Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д. В. Скобельцына Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. Дата обращения: 7 мая 2014. Архивировано 7 мая 2014 года.

[2] АНТИЧАСТИ́ЦЫ : [арх. 23 апреля 2016] / В. Я. Файнберг // Анкилоз — Банка. — М. : Большая российская энциклопедия, 2005. — С. 65-66. — (Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов ; 2004—2017, т. 2). — ISBN 5-85270-330-3.

[3] Элементы — новости науки: ALICE измерил массы и энергии связи легких антиядер (неопр.). Дата обращения: 19 августа 2015. Архивировано 21 августа 2015 года.

[1]

[3]