Античастица

Античастицы – частицы с равными, но противоположными по знаку электрическим зарядом и магнитного момента по сравнению с соответствующими элементарными частицами, например, антипротон – протон, позитрон – электрон. Антиатомы и антиядра можно получить из соответствующих атомов и ядер заменой всех элементарных частиц, входящих в их состав, на античастицы. Вещество, целиком состоящий из античастиц называется антиматерией.
Первой была открыта 1932 античастица электрона – позитрон (К. Д. Андерсон, США). 1955 в Беркли (США) Э. Сегре, К. Виганд, Т. Ипсилантис и А. Чемберлен открыли антипротон, использовав потоки протонов, ускоренных до больших энергий синхрофазотроном. Впоследствии там же наблюдали и антинейтрон, получавших перезарядкой антипротонов. Частицы взаимодействуют с античастицами главным образом путем аннигиляции, например:


,

где e - и e + – электрон и позитрон, p + и p - - протон и антипротон, ? – фотоны.
По закону сохранения энергии и соотношением , Суммарная энергия фотонов, которые утворюютья при аннигиляции равна , Где W k – полная кинетическая энергия частицы и античастицы вместе, m – масса покоя частицы или античастицы. Античастица образуется вместе с соответствующей частью в реакциях столкновения быстрых частиц, кинетическая энергия которых должна превышать 2 m c 2.
Существование позитрона следует из уравнения Дирака (см. квантовая механика). Особенностью уравнения Дирака является наличие среди его решений таких функций, описывающих частицы с отрицательной полной энергией. Для устранения этого вывода, который не имеет физического смысла, применяют специальную операцию, которая заключается в преобразовании функций, описывающих частицы с отрицательной полной энергией и отрицательным электрическим зарядом на функции, описывающие частицы с положительной полной энергией и положительным электрическим зарядом, т.е. позитроны.
Наблюдаемая симметрия между частицами и античастицами теоретически отражается в том, что соответствующие уравнения не меняют своей формы при применении к ним операции так называемого зарядового сопряжения, то есть замены всех частиц на античастицы и одновременного обращения знака электромагнитного поля. По современным представлениям все известные элементарные частицы (нейтроны, мезоны, нуклоны, гипероны) имеют античастицы, причем, что самое назвать частицей, а что – античастицей, – является вопросом определения. Например, рассматривая пару частиц -Мезоны, можно назвать ? + частицей, а ? - античастиц, или же наоборот. Частица, тождественна своей античастинци (частица, не имеющая заряда и магнитом момента), называется истинно нейтральной (? °-мезон, фотон). Однако система, не имеет ни заряда, ни магнитного момента, может и не быть истинно нейтральной. Например, атом водорода с нулевым магнитным моментом не тождествен своему антиатому, т.е. антипротон с позитроном на орбите. Поскольку при операции зарядового сопряжения истинно нейтральная частица переходит сама в себя, ее волновая функция должна умножаться на +1 или на -1. В связи с этим вводят понятие зарядовой четности: частицу, волновая функция которой при зарядовом сопряжении умножается на +1, называется зарядово парной, в противном случае – зарядово нечетным. Волновая функция фотона линейно выражается через компоненты електромагнетних поля и при операции зарядового сопряжения меняет знак, то есть фотон – частица зарядово нечетная. Если предположить, что в реакциях с элементарными частицами зарядовая четность сохраняется, то ? °-мезон следует считать частицей зарядово парной, поскольку он распадается на два фотона. Закон сохранения зарядовой четности подтверждается распадом позитрония. Находясь в первом возбужденном состоянии системой зарядово нечетной, позитроний согласно теории может распадаться минимум на три фотона, что и наблюдается в экспериментах.