Центральный Дом Знаний - Античастицы

Информационный центр "Центральный Дом Знаний"

Заказать учебную работу! Жми!



ЖМИ: ТУТ ТЫСЯЧИ КУРСОВЫХ РАБОТ ДЛЯ ТЕБЯ

      cendomzn@yandex.ru  

Наш опрос

Я учусь (закончил(-а) в
Всего ответов: 2656

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0


Форма входа

Логин:
Пароль:

Античастицы

Античастицы, группа элементарных частиц, имеющих те же значения масс и прочих физических характеристик, что и их «двойники» — частицы, но отличающихся от них знаком некоторых характеристик взаимодействий (например, электрического заряда, магнитного момента). Сами названия «частица» и «античастица» в известной мере условны: можно было бы называть антиэлектрон (положительно заряженный электрон) частицей, а электрон — античастицей. Однако атомы вещества в наблюдаемой нами части Вселенной содержат электроны именно с отрицательным зарядом, а протоны — с положительным. Поэтому для известных к началу 20-х гг. 20 в. элементарных частиц — электрона и протона (и позднее нейтрона) — было принято название «частица».

Вывод о существовании А. впервые был сделан в 1930 английским физиком П. Дираком. Он вывел уравнение, описывающее поведение электрона при скоростях, близких к скорости света. Как оказалось, это уравнение обладает важным свойством симметрии: описывая отрицательно заряженный электрон, оно в то же время с необходимостью приводило к выводу о существовании частицы с такой же, как у электрона, массой, но с противоположным знаком заряда — антиэлектрона. Согласно теории Дирака, столкновение частицы и А. должно приводить к аннигиляции, исчезновению этой пары частица-А., в результате чего рождаются две или более других частиц, например фотоны (см. Аннигиляция и рождение пар).

В 1932 антиэлектроны экспериментально обнаружил американский физик К. Андерсон. Он фотографировал ливни, образованные космическими лучами в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле. Заряженная частица движется в магнитном поле по дуге окружности, причём частицы с зарядами разных знаков отклоняются полем в противоположные стороны. Наряду с хорошо известными тогда следами быстрых электронов Андерсон обнаружил на фотографиях совершенно такие же по внеш. виду следы положительно заряженных частиц той же массы. Они были названы позитронами. Экспериментальное обнаружение позитрона явилось блестящим подтверждением теории Дирака. С этого времени начались поиски др. А.

В 1936 также в космических лучах была обнаружена ещё одна пара частица-А.: положительные и отрицательные мюоны (m+m-). В 1947 было установлено, что мюоны космических лучей возникают в результате распада несколько более тяжёлых частиц — пи-мезонов (p+ и p-).

В 1955 американские физики Э. Сегре, О. Чемберлен и другие зарегистрировали первые антипротоны, полученные при рассеянии протонов очень высокой энергии (ускоренных на бэватроне Калифорнийского университета) на нуклонах (протонах и нейтронах) ядер мишени (мишенью служили ядра меди). Физическим процессом, в результате которого образовались антипротоны, было рождение пары протон-антипротон. Существование антипротонов наиболее ярко демонстрирует их последующая аннигиляция в столкновениях с протонами мишени. Именно благодаря аннигиляции были зарегистрированы открытые несколько позже антинейтроны, не оставляющие следа в камере Вильсона из-за отсутствия у них электрического заряда. При аннигиляции как антипротона, так и антинейтрона возникает 4—5 p-мезонов, часть которых заряжена и оставляет в камере Вильсона характерный след. К настоящему времени экспериментально обнаружены и зарегистрированы на фотографиях почти все А.; не наблюдались только антиомега-частицы [сама омега-частица (W-) открыта в 1965] и некоторые А., соответствующие недавно открытым резонансным частицам. Однако нет никаких сомнений в их существовании.

Общие принципы квантовой теории поля позволяют сделать ряд глубоких выводов о свойствах частиц и А. Прежде всего масса и спин частицы должны совпадать с массой и спином А. (так же, как я их изотопические спины). Далее, времена жизни частицы и её А. должны быть одинаковыми; в частности, стабильным частицам отвечают стабильные А. Одинаковыми по величине, но противоположными по знаку должны быть не только электрические заряды частицы и А., но и все другие величины, характеризующие их электрические (а следовательно, и магнитные) свойства, например магнитные моменты. Это относится и к электрически нейтральным частицам, таким, как нейтрон, гипероны лямбда-ноль (L°) и сигма-ноль (S°). Их А. также электрически нейтральны, но обладают противоположными по знаку магнитными моментами. Противоположный знак имеют и другие квантовые числа, которые приписываются частицам для описания закономерностей их взаимодействий: барионный заряд, лептонный заряд, странность. Лишь несколько частиц истинно нейтральны: они не только не обладают никакими электрическими свойствами (их заряд и магнитный момент равны нулю), но и все остальные квантовые числа, отличающие частицу от А., у них равны нулю. Поэтому А. для истинно нейтральных частиц совпадают с самими частицами. Таковы фотон и нейтральные пи- и эта-мезоны (p° и h°).

До 1956 считалось, что имеется полная симметрия между частицами и А. Это означает, что если имеется какой-либо процесс между частицами, то должен существовать точно такой же процесс и между А. В 1956 обнаружено, что такая симметрия имеется только в сильных взаимодействиях (ядерных) и в электромагнитных взаимодействиях. В слабых взаимодействиях, обусловливающих распады частиц, было открыто нарушение симметрии частица-А. В частности, геометрические характеристики распада частиц оказались отличными от характеристик распада соответствующих А.: если продукты распада частицы вылетают преимущественно в одну сторону, то продукты распада А. — в противоположную.

Из А. в принципе может быть построено «антивещество» точно таким же образом, как вещество из частиц. Однако возможность аннигиляции при встрече с частицами не позволяет А. сколько-нибудь длительное время существовать в веществе. А. могут долго «жить» только при условии полного отсутствия контакта с частицами вещества. Свидетельством наличия антивещества где-нибудь вблизи от известной нам части Вселенной было бы мощное аннигиляционное излучение, приходящее из области соприкосновения вещества и антивещества. Но пока астрофизике не известны данные, которые говорили бы о существовании во Вселенной областей, заполненных антивеществом.

Лит.: Форд К., Мир элементарных частиц, пер. с англ., М., 1965; Власов Н. А.. Антивещество, М., 1966 (библ. с. 180—184).


Античасти́ца, частица-двойник некоторой другой элементарной частицы, обладающая той же массой и тем же спином, но отличающаяся от неё знаками некоторых характеристик взаимодействия (зарядов, таких как электрический и цветовой заряды, барионное и лептонное квантовые числа).

Само определение того, что называть «частицей» в паре частица-античастица, в значительной мере условно. Однако при данном выборе «частицы» её античастица определяется однозначно. Сохранение барионного числа в процессах слабого взаимодействия позволяет по цепочке распадов барионов определить «частицу» в любой паре барион-антибарион. Выбор электрона как «частицы» в паре электрон-позитрон фиксирует (вследствие сохранения лептонного числа в процессах слабого взаимодействия) определение состояния «частицы» в паре электронных нейтрино-антинейтрино. Переходы между лептонами различных поколений (типа \mu\rightarrow e) не наблюдались, так что определение «частицы» в каждом поколении лептонов, вообще говоря, может быть произведено независимо. Обычно по аналогии с электроном «частицами» называют отрицательно заряженные лептоны, что при сохранении лептонного числа определяет соответствующие нейтрино и антинейтрино. Для бозонов понятие «частица» может фиксироваться определением, например, гиперзаряда. 

Существование античастиц было предсказано П. А. М. Дираком. Полученное им в 1928 году квантовое релятивистское уравнение движения электрона (уравнение Дирака) с необходимостью содержало решения с отрицательными энергиями. В дальнейшем было показано, что исчезновение электрона с отрицательной энергией следует интерпретировать как возникновение частицы (той же массы) с положительной энергией и с положительным электрическим зарядом, т. е. античастицы по отношению к электрону. Эта частица — позитрон — была открыта в 1932 году.

В последующих экспериментах было установлено, что не только электрон, но и все остальные частицы имеют свои античастицы. В 1936 году в космических лучах были открыты мюон(μ−) и μ+ его античастица, а в 1947 — π− и π+ — мезоны, составляющие пару частица — античастица; в 1955 в опытах на ускорителе зарегистрирован антипротон, в 1956 — антинейтрони т. д. К настоящему времени наблюдались античастицы практически всех известных частиц, и не вызывает сомнения, что античастицы имеются у всех частиц. 

Для некоторых нейтральных частиц античастица тождественно совпадает с частицей. Это, в частности, фотон, нейтральный пи-мезон, эта-мезон и прочие кварконии, хиггсовский бозон, Z-бозон, гравитон. Такие частицы называют истинно нейтральными. Подчеркнём, что электрически нейтральные частицы могут и не совпадать со своими античастицами. Это, в частности, касается нейтрона, нейтрино, нейтрального каона и т. д.

Все известные истинно нейтральные частицы — бозоны, однако в принципе могут существовать и истинно нейтральные фермионы (т. н. майорановские частицы).

Если какое-либо из квантовых чисел электрически нейтральной частицы не сохраняется строго, то возможны переходы (осцилляции) между состояниями частицы и ее античастицы. В этом случае состояния с определённым несохраняющимся квантовым числом не являются собственными состояниями оператора энергии-импульса, а представляют собой суперпозиции истинно нейтральных состояний с определёнными значениями массы.  

Рождение античастиц происходит в столкновениях частиц вещества, разогнанных до энергий, превосходящих порог рождения пары частица-античастица (см. Рождение пар). В лабораторных условиях античастицы рождаются во взаимодействиях частиц на ускорителях; хранение образующихся античастиц осуществляют в накопительных кольцах при высоком вакууме. В естественных условиях античастицы рождаются при взаимодействии первичных космических лучей с веществом, например, атмосферы Земли, а также должны рождаться в окрестностях пульсаров и активных ядер галактик. Теоретическая астрофизика рассматривает образование античастиц (позитронов, антинуклонов) при аккреции вещества на чёрные дыры. В рамках современной космологии рассматривают рождение античастиц при испарении первичных чёрных дыр малой массы. При температурах, превышающих энергию покоя частиц данного сорта (в энергетической системе единиц), пары частица-античастица присутствуют в равновесии с веществом и электромагнитным излучением. Такие условия могут реализовываться для электрон-позитронных пар в горячих ядрах массивных звёзд. Согласно теории горячей Вселенной, на очень ранних стадиях расширения Вселенной в равновесии с веществом и излучением находились пары частица-античастица всех сортов. В соответствии с моделями великого объединения эффекты нарушения С- и CP-инвариантности в неравновесных процессах с несохранением барионного числа могли привести в очень ранней Вселенной к барионной асимметрии Вселенной даже в условиях строгого начального равенства числа частиц и античастиц. Это даёт физическое обоснование отсутствию наблюдательных данных о существовании во Вселенной объектов из античастиц.

При столкновении частицы со своей античастицей возможна их аннигиляция.

Loading

Календарь

«  Сентябрь 2019  »
ПнВтСрЧтПтСбВс
      1
2345678
9101112131415
16171819202122
23242526272829
30

Архив записей

Друзья сайта

  • Заказать курсовую работу!
  • Выполнение любых чертежей
  • Новый фриланс 24