Анихилација

Во честичната физика, анихилација е процес што се случува кога субатомски честички се судира со соодветната античестичка за да се произведат други честички, како на пример електрон во судир со позитрон ќе се произведат два фотони.^[1] Вкупната енергија и импулс на почетниот пар се конзервирани во процесот и дистрибуирани меѓу сет од други честички во конечна состојба. Античестичките имаат точно спротивен збир на квантните броеви од честичките, па сумите на сите квантни броеви од таков оригинален пар се нула. Оттука, кој било сет на честички може да биде произведен чиј вкупен квантен збир е исто така нула, сè додека конзервацијата на енергијата и конзервацијата на импулсот се почитуваат.^[2]

За време на нискоенергетска анихилација, производството на фотон е фаворизирано, бидејќи овие честички немаат маса. Сепак, високоенергетски честички колајдер произведуваат анихилација каде широк спектар на егзотични тешки честички се создадени.

Зборот анихилација се користи неформално за интеракција на две честички кои не се меѓусебно античестички - не се полнежно конјугирани. Некои квантни броеви може тогаш да имаат сума различна од нула во почетната состојба, но да се зачува со истите броеви во крајната состојба. Пример за тоа е "анихилација" на високоенергетски електронски неутрина со електрони за да се произведе
W−
.

Производство на еден бозон

Ако првите две честички се основни (не композитни), тогаш тие може да се комбинираат за да се произведе само еден основен бозон, како фотон (y), глуон (g), Z, или Хигсов бозон (

H⁰

). Ако вкупната енергија во центарот на импулс рамката е еднаква на масата во мирување на вистински бозон (што е невозможно за без масен бозон како што се

γ

), тогаш е создадена честичка која ќе продолжи да постои сè додека не се распадне што зависи својот животен век. Инаку, процесот е сфатен како почетното создавање на бозон, тоа е виртуелен, кој веднаш се претвора во вистински честичка+античестичка пар. Ова се нарекува с-канален процес. Пример за тоа е анихилација на еден електрон со позитрон за да се произведе еден виртуелен фотон, кој се претвора во мион и анти-мион. Ако енергијата е доволно голема, Z може да го замени фотонот.

Примери

Електрон–позитрон анихилација

e−
+
e+
→
γ
+
γ

Кога нискоенергетски електрон анихилира нискоенергетски позитрон (антиелектрон), тие само може да произведат два гама фотони, бидејќи електронот и позитронот не носат доволно масовна енергија за да се произведат потешки честички, и создавањето на само еден фотон е забрането со импулсна конзервација—еден фотон ќе носи интензитет различен од 0 во секоја рамка, вклучувајќи го и центарот на импулс рамката каде вкупниот импулс исчезнува. Двете анихилациони електронски и позитронски честички имаат енергија во мирување од околу 0.511 милиони електронволти (MeV). Ако нивните кинетички енергии се релативно занемарлива, вкупената енергија во мирување се јавува како фотон енергија на произведените гама-зраци. Тогаш секој од гама-зраци има енергија од околу 0.511 MeV. Импулсот и енергијата се конзервирани, со 1.022 MeV на гама-зраци движејќи се во спротивни насоки.

Ако една или две наелектризирани честички носат поголем износ на кинетичката енергија, разни други честички може да се произведат. Понатаму, анихилацијата (или распаѓањето) на еден електрон-позитрон пар во еден фотон може да се случи во присуство на трета наелектризирана честичка на која вишокот на импулс може да се пренесе на виртуелниот фотон од електронот или позитронот. Инверзниот процес, производство на пар од единствен вистински фотон, е исто така можно во електромагнетно поле на трета честичка.

Протон-антиопротон анихилација

Кога еден протон во средба со својата античестичка(а и генерално, било кој вид на барион во средба со соодветниоит антибаирон), реакцијата не е толку едноставна како електрон-позитрон анихилација. За разлика од еден електрон, протонот е композитна честичка која се состои од три „валентни кваркови“ и еден огромен број на "си кваркови" врзани со глуони. Така што, кога еден протон ќе дојде во средба со антипротон, еден од неговите кваркови, обично составен од валентен кварк, може да анихилира со антикварк (коe ретко може да биде си кварк) за да се произведе глуон, по што глуонот заедно со останатите кваркови, антикваркови, и глуони ќе поминат низ сложен процес на преуредување (наречен хадронизација или фрагментација) во голем број на мезони, (најчесто пиони и каони), со што ќе подели вкупната енергија и импулс. Новосоздадените мезони се нестабилни, освен ако не се сретнат и влезат во интеракција со некои други материјали, тие ќе се распаднат во низа на реакции кои на крајот ќе произведат само гама-зраци, електрони, позитрони, и неутрина. Овој тип на реакција ќе се случи помеѓу било кој баирон(честичкa која се состои од три кваркови) и било кој антибаирон кој се состои од три антикваркови, кој еден од тие одговара на кварк од баиронот. (Оваа реакција е најверојатно ќе се случи, ако барем еден меѓу баиронот и анти-баиронот е доволно егзотичен за да не споделуваат исти составни кваркови вкусови.) Антипротоните можат и вршат анихилација со неутрони, а исто така антинеутроните може да се анихилираат со протони, како што е наведено подолу.

Реакциите во кои протон-антипротон анихилација произведуваат девет мезони се забележани, додека производството на тринаесет мезони е теоретски можно. Создадениот мезон ја напушта странате на анихилацијата на умерени фракции од брзината на светлината, и распаѓање, со било кој животен век е соодветно за нивниот тип на мезон.

Слични реакции ќе се случат кога антинуклеонска анихилација во повеќе сложено атомското јадро, ги сочувува крајно-добиентие мезони, кои се во силно заемодејство, имаат значителна веројатност да бидат апсорбирани од еден од преостанатите "гледачи" нуклеон наместо да избега. Бидејќи апсорбира енергија може да биде ~2 GeV, во принцип може да ja надмине обврзувачката енергија дури и најтешкиот нуклеон. Така што, кога антипротон анихилира во внатрешноста на тежок нуклеон како што е умраниумот или плутониумот, може да се случи делумно или целосно нарушување на нуклеонот, испуштајќи голем број на брзи неутрони.^[3] Ваквите реакции овозможуваат активирање на значителен број на секундарницепни реакции во субкритична маса, и потенцијално може да биде корисно за погон на вселенски летала.

Хигсово производство

Во судири на две нуклеона со многу високи енергии, каварковите и глуоните се стремат да доминираат во стапката на интеракција, па ниту нуклеонот треба да биде анти-честичка за анихилација на кваркскипар или да се случи "соединување" на два глуона. Примери за такви процеси придонесуваат за производство на долгогодишниот Хигсов бозон. Хигсовиот е директно создаден со многу слаба анихилација на светлински (валентност) кваркови, но тешки t или b или произведени кваркови се достапни. Во 2012 година, ЦЕРН-овата лабораторија во Женева го објави откритието на Хигс во остатоците од протонско-протонските судири на Големиот хадронски судирач(LHC). Најсилниот Хигсов принос е фзија на два глуона(преку анихилација на тешки кваркски пар), додека два (анти)кваркови лесно произведуваат повеќе идентификувани настани Хигсово зрачење од произведениот виртуелен бозон или анихилација на два такви векторски бозона.

Поврзано

Пар производство
Создавање и уништување оператори
Фотон енергија

Наводи

↑ „Antimatter“. Lawrence Berkeley National Laboratory. Архивирано од изворникот на 23 August 2008. Посетено на 3 September 2008.
↑ „The Standard Model – Particle decays and annihilations“. The Particle Adventure: The Fundamentals of Matter and Force. Lawrence Berkeley National Laboratory. Посетено на 17 October 2011.
↑ Chen, B.; и др. (1992). „Neutron yields and angular distributions produced in antiproton annihilation at rest in uranium“. Physical Review C. 45 (5): 2332. Bibcode:1992PhRvC..45.2332C. doi:10.1103/PhysRevC.45.2332.

Белешки

Kragh, H. (1999). Quantum Generations : A history of physics in the twentieth century. Princeton University Press. ISBN 0-691-01206-7.

[1] „Antimatter“. Lawrence Berkeley National Laboratory. Архивирано од изворникот на 23 August 2008. Посетено на 3 September 2008.

[Particleadventure.org-2] „The Standard Model – Particle decays and annihilations“. The Particle Adventure: The Fundamentals of Matter and Force. Lawrence Berkeley National Laboratory. Посетено на 17 October 2011.

[3] Chen, B.; и др. (1992). „Neutron yields and angular distributions produced in antiproton annihilation at rest in uranium“. Physical Review C. 45 (5): 2332. Bibcode:1992PhRvC..45.2332C. doi:10.1103/PhysRevC.45.2332.

[1]

[2]

[3]