Particulele și antiparticule - studopediya

Ipoteza unei antiparticulă a apărut pentru prima dată în 1928, când Dirac bazat pe o ecuație val relativistă a prezis existența pozitroni (vezi. § 263), a descoperit patru ani mai târziu K. Anderson în radiația cosmică.

Electronul și pozitroni nu sunt singura pereche de particula - antiparticula. Pe baza teoriei relativiste am ajuns la concluzia că trebuie să existe antiparticula pentru fiecare particule elementare (principiul de cuplare de încărcare). Experimentele arată că, cu câteva excepții (de exemplu, fotonice și p 0 mezoni) corespunde într-adevăr antiparticula fiecare particulă.

Din principiile generale ale teoriei cuantice pe care particulele și antiparticula trebuie să aibă aceeași greutate, aceleași durate în vid, egale în mărime, dar opuse în semn sarcinile electrice (și momentele magnetice), același spate și izotopice înapoi, și aceleași numere cuantice rămase atribuite particulelor elementare pentru a descrie modele de interacțiunea lor (numărul leptoni (vezi. § 275), numărul baryon (vezi. § 275), stranietate (vezi. § 274), farmecul (a se vedea. § 275), etc.). Pana in 1956 se credea că există o simetrie completă între particule și antiparticule, t. E. Dacă un proces este între particule, atunci trebuie să fie exact la fel (cu aceleași caracteristici) proces între antiparticule. Cu toate acestea, în 1956, sa dovedit că o astfel de simetrie este caracteristic doar pentru interacțiunile puternice și electromagnetice și deranjat pentru cei slabi.

Conform teoriei Dirac, coliziunea particulelor și antiparticula ar trebui să conducă la anihilarea lor reciprocă, care apar ca urmare a unor alte particule elementare sau fotoni. Un exemplu al acestei reacții este considerată (263,3) anihilarea electron - pozitron (-1 0 +1 0 e + f ® 2g).

După existența pozitroni determinat teoretic, a fost confirmată experimental, problema existenței antiprotonului și antineutron. Calculele arată că crearea unei perechi de particule - antiparticulă trebuie să consume energie în exces de două ori energia unei perechi de repaus, deoarece particulele trebuie să fie raportată energia cinetică foarte semnificativă. Pentru a crea o p - p # 771; producția pereche necesită energie de aproximativ 4,4 GeV. Antiprotoni a fost într-adevăr observat experimental (1955) în împrăștierea de protoni (accelerat la cel mai mare în timp ce sincroton UCLA) nucleonilor in nucleele tinta (obiectivul a fost de cupru), având ca rezultat aburul se naște p - p # 771;.

Antiprotoni diferă de semnele de sarcină electrică a protonului și momentul magnetic intrinsec. Antiprotoni poate anihila nu doar un proton, ci și un neutron:

Un an mai târziu (1956) în același accelerator a reușit să se antineutron (n # 771;) și pentru a efectua anihilarea acesteia. Antineutroni a apărut ca urmare a antiprotoni de schimb de sarcini în timpul mișcării lor prin material. Reacție reîncărcare p # 771; este Me percepe între aproximativ nucleon și antinucleon și poate proceda conform schemelor

Antineutron n # 771; Acesta diferă de neutroni nznakom momentul magnetic intrinsec. În cazul în care antiprotoni - particule stabile, The antineutron liber dacă el nu se simte anihilare, suferă o degradare în cele din urmă prin schema

s-au găsit antiparticule pentru p + mezoni, kaonii și hyperons (vezi. § 274). Cu toate acestea, există particule care nu au antiparticule - așa-numitele particule cu adevărat neutre. Acestea includ foton, p ° Mezonul și # 951; mezoni (greutatea sa este 1074me durata de viata de 7 x 10 -19 s ;. pentru a forma o Se descompune p-mezoni și # 947; raze). Într-adevăr particule neutre sunt incapabile de anihilare, dar au de transformare reciprocă este o proprietate fundamentală a tuturor particulelor elementare. Putem spune că fiecare dintre particule cu adevărat neutre este identic cu antiparticula său.

Un mare interes și dificultăți serioase dovada existenței antineutrini și răspunsul la întrebarea dacă neutrino și antineutrino sunt particule identice sau diferite. Folosind puternice antineutrini fluxuri produse în reactoare (fragmente de fisiune, nuclee grele care se confrunta # 946, și decădere, potrivit (258.1) emit antineutrini), American Physics K. F. Reines și Cowan (1956) de electroni în siguranță fixă ​​captare antineutrini reacție proton:

In mod similar, reacția de captare a electronilor este neutrinii cu neutroni fixe:

Astfel, reacția (273.6) și (273,7) au fost, pe de o parte, dovezi incontestabile că ve și v # 771; e. - particule reale, mai degrabă decât concepte fictive introduse doar pentru a explica # 946; degradare, iar pe de altă parte - au confirmat concluzia că și v ve # 771; e - particule diferite.

In alte experimente privind producția și absorbția neutrinilor miuonici au arătat că ambele vm și v # 771; m - particule diferite. De asemenea, este dovedit faptul că un cuplu ve. vm - particule diferite și ve abur. v # 771; e nu este aceeași vm pereche. v # 771; m Conform ideii B. M. Pontekorvo (. A se vedea § 271), o reacție a fost efectuat neutrinilor miuonici de captare (obținute din dezintegrarea p + ®m + + vm (271.1)) au fost observate neutroni și particulele rezultate. Sa dovedit că reacția (273,7) nu este, și este capturat de schema

.. Adică în loc de electroni în reacție născuți m - fj, ~ miuonici. Acesta a confirmat, de asemenea, diferența dintre ve și vm

Conform opiniilor actuale, neutrinii și antineutrinii diferite caracteristici audio ale stării cuantice a particulelor elementare - spnralnostyu definite ca o proiecție a spinului particulei în direcția mișcării sale (pe puls). Pentru a explica datele experimentale sugerează că neutronilor s orientat antiparalel de spin impuls p, m. E. Direcția p și s formeze un șurub stânga, iar neutrinii spiralytostyu a lăsat (Fig. 349, de asemenea). La antineutrini s direcțiile p și constituie un șurub drept, t. E. antineutrini are spnralnostyu dreapta (fig. 349, b). Această proprietate deține în mod egal, atât pentru electroni și miuonic pentru neutrino (antineutrino).

Pentru helicitate ar putea fi folosit ca neutrino caracteristică (antineutrino), masa neutrinii trebuie presupus a fi zero. Introducere helicitate posibil pentru a explica, de exemplu, încălcarea legii de conservare a paritate (a se vedea. § 274), provocând dezintegrarea particulelor elementare în interacțiunile slabe și # 946; degradare. Deci, m - FJ, ~ miuonic creditat cu dreapta helicitate, m + FJ, ~ muon - stânga.

După descoperirea unui astfel de număr mare de antiparticule a creat o sarcină nouă - pentru a găsi antinucleus, cu alte cuvinte, pentru a dovedi existența antimateriei, care este construit din antiparticule, precum și materialul din particule. Antinucleus fost într-adevăr găsit. First antinucleus - antideuteron (stat legat p # 771; și n # 771 - au fost primite în 1965 un grup de fizicieni americani sub conducerea lui L. Lederman Ulterior, la acceleratorul Serpuhov au fost sintetizate nucleul antihelium (1970) și antitritium (1973) ..

Trebuie remarcat, totuși, că posibilitatea anihilării la întâlnirea cu particulele nu permite o lungă perioadă de timp există antiparticule între particule. Prin urmare, pentru starea de echilibru a antimateriei, ar trebui să fie izolat de substanță. Dacă în apropiere de acumulare din universul cunoscut suschestvovolo de antimaterie, atunci trebuie să existe o radiație anihilare puternică (explozii cu eliberarea unor cantități uriașe de energie). Cu toate acestea, nu este nimic ca astrofizică înregistrate. Studiile efectuate pentru a găsi antinuclei (eventual antimaterie) și succese timpurii realizate în această direcție sunt de o importanță fundamentală pentru continuarea structurii de cunoaștere a materiei.