Antičástice

Antičástice  je dvojčetná částice nějaké jiné elementární částice , mající stejnou hmotnost a stejný spin , lišící se od ní znaménky všech ostatních interakčních charakteristik [1] (náboje, jako jsou elektrické [2] a barevné náboje, baryon a leptonová kvantová čísla ).

Samotná definice toho, co nazývat „částice“ v páru částice-antičástice, je do značné míry libovolná. Při dané volbě „částice“ je však její antičástice jednoznačně určena. Zachování baryonového čísla v procesech slabé interakce umožňuje určit "částici" v libovolném páru baryon-antibaryon řetězcem rozpadů baryonů. Volba elektronu jako "částice" v páru elektron-pozitron fixuje (vzhledem k zachování leptonového čísla při slabých interakčních procesech ) definici stavu "částice" v páru elektron neutrina-antineutrina. Přechody mezi leptony různých generací (typu ) nebyly pozorovány, takže definice „částice“ v každé generaci leptonů, obecně řečeno, může být provedena nezávisle. Obvykle se analogicky s elektronem „částice“ nazývají záporně nabité leptony , které při zachování leptonového čísla určují odpovídající neutrina a antineutrina . Pro bosony lze pojem „částice“ opravit definováním například hypernáboje .

Existence antičástic

Existenci antičástic předpověděl P. A. M. Dirac [1] . Kvantová relativistická pohybová rovnice elektronu ( Diracova rovnice ) jím získaná v roce 1928 nutně obsahovala řešení s negativními energiemi. Později se ukázalo, že zmizení elektronu se zápornou energií by mělo být interpretováno jako objevení se částice (stejné hmotnosti) s kladnou energií a kladným elektrickým nábojem, tedy antičástice vzhledem k elektronu. Tato částice, pozitron  , byla objevena v roce 1932 [1] .

V následných experimentech bylo zjištěno, že nejen elektron, ale všechny ostatní částice mají své vlastní antičástice [1] . V roce 1936 byl v kosmickém záření objeven mion (μ - ) a jeho antičástice μ + a v roce 1947 - mezony π - a π +  - , které tvoří pár částice - antičástice; v roce 1955 byl při pokusech na urychlovači detekován antiproton , v roce 1956 antineutron , v roce 1966 antideuterium , v roce 1970 antihelium , v roce 1998 antivodík [1] , v roce 2011 antihelium-4 [3] , atd. , pozorovali antičástice téměř všech známých částic a není pochyb o tom, že všechny částice mají antičástice.

Skutečné neutrální částice

U některých neutrálních částic se antičástice shoduje s částicí. Jedná se zejména o foton , neutrální pí-mezon , eta-mezon a další kvarkonia , Higgsův boson , Z-boson , graviton . Takové částice se nazývají skutečně neutrální . Zdůrazňujeme, že elektricky neutrální částice se nemusí shodovat se svými antičásticemi. To se týká zejména neutronu , neutrina , neutrálního kaonu atd.

Všechny známé skutečně neutrální částice  jsou bosony , v zásadě však mohou existovat i skutečně neutrální fermiony (tzv. částice Majorana ).

Oscilace

Pokud některé z kvantových čísel elektricky neutrální částice není striktně zachováno, pak jsou možné přechody (oscilace) mezi stavy částice a její antičástice. V tomto případě stavy s určitým nezakonzervovaným kvantovým číslem nejsou vlastními stavy operátoru energie-hybnost, ale jsou superpozicemi skutečně neutrálních stavů s určitými hodnotami hmotnosti. Podobný jev lze realizovat v systémech , atd .

Zrození a zánik

Ke zrodu antičástic dochází při srážkách částic hmoty urychlených na energie překračující práh pro zrození páru částice-antičástice (viz Zrození páru ). V laboratorních podmínkách vznikají antičástice v interakcích částic na urychlovačích ; skladování výsledných antičástic se provádí ve skladovacích kruzích za vysokého vakua. V přirozených podmínkách se antičástice rodí při interakci primárního kosmického záření s hmotou, například zemskou atmosférou , a měly by se také zrodit v blízkosti pulsarů a aktivních galaktických jader . Teoretická astrofyzika uvažuje o vzniku antičástic (pozitronů, antinukleonů) při akreci hmoty na černé díry . V rámci moderní kosmologie se uvažuje o vzniku antičástic při vypařování nízkohmotných primordiálních černých děr. Při teplotách přesahujících klidovou energii částic daného druhu (v energetické soustavě jednotek) jsou páry částice-antičástice přítomny v rovnováze s hmotou a elektromagnetickým zářením . Takové podmínky lze realizovat pro páry elektron-pozitron v horkých jádrech hmotných hvězd. Podle teorie horkého vesmíru byly ve velmi raných fázích expanze vesmíru páry částice-antičástice všeho druhu v rovnováze s hmotou a zářením. V souladu s modely velkého sjednocení by účinky porušení C- a CP-invariance v nerovnovážných procesech s nezachováním baryonového čísla mohly vést ve velmi raném vesmíru k baryonové asymetrii vesmíru i za podmínek přísných počátečních podmínek. rovnost počtu částic a antičástic. To poskytuje fyzické ospravedlnění pro nedostatek pozorovacích dat o existenci antičásticových objektů ve vesmíru .

Když se částice srazí se svou antičásticí, mohou anihilovat .

Viz také

• Baryonová asymetrie vesmíru
• Antihmota

Poznámky

1. ↑ 1 2 3 4 5 Elementární částice přírody . Antičástice 52. Výzkumný ústav jaderné fyziky D. V. Skobeltsyna, Moskevská státní univerzita Lomonosova . Datum přístupu: 7. května 2014. Archivováno z originálu 7. května 2014. (neurčitý)
2. ↑ Antičástice - Velká ruská encyklopedie . Získáno 4. června 2016. Archivováno z originálu dne 23. dubna 2016. (neurčitý)
3. ↑ Elements Science News: ALICE měří hmotnosti a vazebné energie světelných antijader . Získáno 19. srpna 2015. Archivováno z originálu dne 21. srpna 2015. (neurčitý)