Antiparticule

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 21 mai 2021; verificările necesită 4 modificări .

O antiparticulă  este o particulă geamănă a unei alte particule elementare , având aceeași masă și același spin , care diferă de ea prin semnele tuturor celorlalte caracteristici de interacțiune [1] (sarcini, cum ar fi sarcini electrice [2] și de culoare , barion și numere cuantice de leptoni ).

Însăși definiția a ceea ce să numiți o „particulă” într-o pereche particule-antiparticule este în mare măsură arbitrară. Cu toate acestea, cu o anumită alegere de „particulă”, antiparticula sa este determinată în mod unic. Conservarea numărului de barion în procesele de interacțiune slabă face posibilă determinarea „particulei” din orice pereche de barion-antibarion prin lanțul de dezintegrare a barionilor. Alegerea unui electron ca „particulă” într-o pereche electron-pozitron fixează (datorită conservării numărului de leptoni în procesele de interacțiune slabă ) definiția stării unei „particule” într-o pereche de electroni neutrini-antineutrini. Tranzițiile între leptoni de diferite generații (de tipul ) nu au fost observate, astfel încât definirea unei „particule” în fiecare generație de leptoni, în general vorbind, se poate face independent. De obicei, prin analogie cu un electron, „particulele” sunt numite leptoni încărcați negativ , care, menținând numărul de leptoni, determină neutrinii și antineutrinii corespunzători . Pentru bosoni , conceptul de „particulă” poate fi fixat prin definirea, de exemplu, a hiperîncărcării .

Existența antiparticulelor

Existența antiparticulelor a fost prezisă de P. A. M. Dirac [1] . Ecuația relativistă cuantică a mișcării electronului ( ecuația Dirac ) obținută de el în 1928 conținea în mod necesar soluții cu energii negative. Mai târziu s-a demonstrat că dispariția unui electron cu energie negativă trebuie interpretată ca apariția unei particule (de aceeași masă) cu energie pozitivă și sarcină electrică pozitivă, adică o antiparticulă față de electron. Această particulă, pozitronul  , a fost descoperită în 1932 [1] .

În experimentele ulterioare, s-a constatat că nu numai electronul, ci toate celelalte particule au propriile lor antiparticule [1] . În 1936, muonul (μ - ) și μ + antiparticula sa au fost descoperite în raze cosmice , iar în 1947 - π - și π +  - mezoni care formează o pereche de particule - antiparticulă; în 1955 s-a detectat în experimente la accelerator un antiproton , în 1956 un antineutron , în 1966 un antideuteriu , în 1970 un antiheliu , în 1998 un antihidrogen [1] , în 2011 un antiheliu-4 [3] , etc. , au observat antiparticule ale aproape tuturor particulelor cunoscute și nu există nicio îndoială că toate particulele au antiparticule.

Adevărate particule neutre

Pentru unele particule neutre, antiparticula coincide identic cu particula. Acestea sunt, în special, fotoni , pi-mezon neutru , eta-mezon și alte quarkonie , bosonul Higgs , bosonul Z , gravitonul . Astfel de particule sunt numite cu adevărat neutre . Subliniem că particulele neutre din punct de vedere electric pot să nu coincidă cu antiparticulele lor. Acest lucru, în special, se referă la neutron , neutrin , kaon neutru etc.

Toate particulele cu adevărat neutre cunoscute  sunt bosoni , totuși, în principiu, pot exista și fermioni cu adevărat neutri (așa-numitele particule Majorana ).

Oscilații

Dacă oricare dintre numerele cuantice ale unei particule neutre din punct de vedere electric nu este strict conservat, atunci sunt posibile tranziții (oscilații) între stările particulei și antiparticulei sale. În acest caz, stările cu un anumit număr cuantic neconservat nu sunt stări proprii ale operatorului energie-impuls, ci sunt suprapuneri de stări cu adevărat neutre cu anumite valori de masă. Un fenomen similar poate fi realizat în sisteme , etc.

Nașterea și anihilarea

Nașterea antiparticulelor are loc în ciocnirile de particule de materie accelerate până la energii care depășesc pragul pentru nașterea unei perechi particule-antiparticule (vezi Nașterea perechii ). În condiții de laborator, antiparticulele sunt produse în interacțiunile particulelor la acceleratori ; depozitarea antiparticulelor rezultate se realizează în inele de stocare sub vid înalt. În condiții naturale, antiparticulele se nasc în timpul interacțiunii razelor cosmice primare cu materia, de exemplu, atmosfera Pământului , și ar trebui să se nască, de asemenea, în vecinătatea pulsarilor și a nucleelor ​​galactice active . Astrofizica teoretică are în vedere formarea de antiparticule (pozitroni, antinucleoni) în timpul acreției de materie pe găurile negre . În cadrul cosmologiei moderne, se ia în considerare crearea de antiparticule în timpul evaporării găurilor negre primordiale de masă mică. La temperaturi care depășesc energia de repaus a particulelor de un anumit fel (în sistemul energetic al unităților), perechile particule-antiparticule sunt prezente în echilibru cu materia și radiația electromagnetică . Astfel de condiții pot fi realizate pentru perechile electron-pozitron din nucleele fierbinți ale stelelor masive. Conform teoriei Universului fierbinte, în primele etape ale expansiunii Universului , perechile particule-antiparticule de tot felul erau în echilibru cu materia și radiația. În conformitate cu modelele de mare unificare, efectele încălcării invarianței C și CP în procesele de neechilibru cu neconservarea numărului barionului ar putea duce în Universul foarte timpuriu la asimetria barionică a Universului chiar și în condițiile inițiale stricte. egalitatea numărului de particule și antiparticule. Acest lucru oferă o justificare fizică pentru lipsa datelor observaționale privind existența obiectelor antiparticule în Univers .

Când o particulă se ciocnește de antiparticula ei, acestea se pot anihila .

Vezi și

Note

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Particule elementare ale naturii . Antiparticule 52. Institutul de Cercetare de Fizică Nucleară D. V. Skobeltsyn, Universitatea de Stat din Moscova Lomonosov . Data accesului: 7 mai 2014. Arhivat din original pe 7 mai 2014.
  2. ↑ Antiparticule - Marea Enciclopedie Rusă . Preluat la 4 iunie 2016. Arhivat din original la 23 aprilie 2016.
  3. ↑ Elements Science News: ALICE Măsoară masele și energiile de legare ale antinucleilor luminii . Preluat la 19 august 2015. Arhivat din original la 21 august 2015.