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.
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.
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.
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.
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.
