Частицы и античастицы

Античастицы – это совокупность частиц, имеющих одинаковую массу, спин и время жизни, но отличающихся от обычных частиц другими характеристиками (например, электрического заряда, магнитного момента). Частица, у которой все характеристики, отличающие её от античастицы, совпадают, называется истинно нейтральной (например, фотон, p⁰ – и h – мезоны).

Вывод о существовании античастиц впервые был сделан в 1931 г. П.Дираком. Он вывел релятивистское квантовое уравнение для электрона, которое оказалось симметричным относительно знака электрического заряда: наряду с отрицатель заряженным электроном e^- оно описывало положительно заряженную частицу той же массы, которая была названа позитроном e⁺.

Позитрон был обнаружен в составе космического излучения К.Андерсеном (1932 г.). Впоследствии были зарегистрированы мюон m^- и антимюон m⁺ (1936 г.), пион p^- и антипион p⁺ (1947 г.), антипротон (1955 г.), антинейтрон (1956 г.). К настоящему времени экспериментально обнаружены античастицы практически для всех известных элементарных частиц.

При встрече частицы и античастицы происходит их аннигиляция (уничтожение), в результате которой рождаются другие частицы. Такой процесс должен протекать с соблюдением законов сохранения энергии и импульса. Например, при аннигиляции электрон–позитронной пары рождаются два фотона:

e^-+ e⁺®2g

Реакция с рождением одного фотона (e^-+ e⁺®g) разрешена законом сохранения энергии, но не осуществляется, так как приводила бы к нарушению закона сохранения импульса.

Возможен и обратный процесс рождения электрон–позитронной пар при прохождении фотона вблизи ядра:

g+X®X+ e^-+ e⁺

Закон сохранения энергии разрешает такой процесс, если энергия фотона больше энергии покоя электрон–позитронной пары: W_g ³ 2m_ec². Образовавшиеся в таком процессе электрон и позитрон уносят лишь часть импульса, поэтому для осуществления реакции рождения электрон–позитронной пары необходимо ядро X, которое в соответствии с законом сохранения импульса забирает на себя часть импульса фотона. Следовательно, свободный фотон не может породить электрон–позитронную пару.