Что такое аннигиляция и материализация частиц

Протоны, электроны, нейтрино, фотоны, гравитоны представляют  стабильные элементарные частицы. Ученые в настоящее время не сомневаются что практически все известные  микроэлементы имеют свои античастицы. К настоящему времени доказана и аннигиляция частиц.уничтожение частиц

Аннигиляция – уничтожение

Существование античастиц долго обсуждалось физиками пока в 1932 году не была открыта античастица электрона позитрон. Позднее в ускорителях был зафиксирован антипротон и антинейтрон.

После этого открытия уже не было сомнений, что протон и электрон могут исчезнуть единственным способом: столкнувшись с антипротоном или позитроном. При этом происходит аннигиляция частиц, в результате которой обе превращаются в гамма-фотоны. По-латински «nihil» означает «ничто», то есть аннигиляция частиц  должна была бы означать «уничтожение».

В действительности же, речь идет не об уничтожении, а о превращении. Микроэлементы с энергией покоя (протон, антипротон, электрон, позитрон) превращаются в излучение фотонов без массы покоя. Общее количество энергии при этом остается неизменным. Сохраняются также сильный барионный  (протон и нейтрон) и слабый лептонный (электрон и античастицы) заряды и другие характеристики.аннигиляция частиц

Античастицы элементарных микрообъектов  не распадаются, тогда как большинство других  самопроизвольно распадаются через короткое время.

Материализация

Материализация — процесс противоположный аннигиляции частиц. Оба они играли важную роль на начальном этапе образования Вселенной.

На простом примере рассмотрим, что такое материализация.

Если гамма-фотон с энергией хотя бы в 1 МэВ пролетит в тесной близости от ядра атома, он превратится в электрон и позитрон. При этом электрический заряд сохраняется, заряд фотона равен нулю, а сумма зарядов обеих возникших микроэлементов тоже равна нулю. Подобным же образом сохраняется при материализации и лептонный заряд. Если же частицы обладают большой скоростью, то их общая энергия больше чем покоя, и энергия возникших гамма-фотонов также будет больше.

Теперь понятно, почему антипротон, позитрон или антинейтрон земного или солнечного происхождения — частицы с коротким временем жизни.

Солнце и Земля состоят из вещества, то есть из протонов, электронов и нейтронов. Поэтому античастицы при первой своей встрече с частицами сразу же аннигилируют.

Вещество является для античастиц враждебной средой, поэтому антивещество и вещество не могут существовать рядом в непосредственной близости.

Пока нам неизвестно, где в космическом пространстве находится антивещество. Луч света не может нам это раскрыть, так как фотоны, излучаемые веществом, абсолютно одинаковые.

Иначе говоря, материализация означает превращение энергии в частицу с массой покоя.

Энергия может быть в форме фотона, проходящего около ядра атома. Материализоваться способна и кинетическая энергия протона космического излучения. Протон, прилетевший из космоса, может обладать кинетической энергией в биллион раз большей, чем его энергия покоя. И именно эта гигантская материальная мера движения рождает великое множество частиц в земной атмосфере. Такой высокоэнергичный протон из дальнего космоса  соударяется с ядром азота или кислорода в земной атмосфере. При этом столкновении ядро разбивается, и колоссальная мера движения протона дает рождение многим миллионам частиц и античастиц разных видов (барионам и антибарионам, лептонам и антилептонам, мезонам и фотонам). Все вместе эти частицы известны под названием ливень космического излучения, который служит примером материализации в большом масштабе.ливень космического излучения

На земной поверхности в ускорителях частиц происходят разные виды материализации. Например, в водородной камере быстрый протон соударяется с ядром водорода, то есть с  протоном, и его кинетическая энергия превращается в нейтрон, антипротон и мезон.