Hävitys ( latinaksi annihilatio - "täydellinen tuhoutuminen; peruutus") on reaktio, jossa hiukkanen ja antihiukkanen muuttuvat niiden törmäyksen aikana muiksi hiukkasiksi, jotka eroavat alkuperäisistä hiukkasista.
Tutkituin on elektroni-positroniparin tuhoutuminen. Törmäävän elektronin ja positronin alhaisilla energioilla sekä niiden sidotun tilan - positroniumin - tuhoamisen aikana tämä tuhoutumisreaktio antaa lopputilassa kaksi tai kolme fotonia elektronin ja positroni spinien suunnasta riippuen . Usean MeV :n luokkaa olevilla energioilla elektroni-positroniparin monifotoni tuhoutuminen tulee myös mahdolliseksi. Satojen MeV:ien luokkaa olevilla energioilla elektroni-positroniparin tuhoutumisprosessi tuottaa pääasiassa hadroneja .
Myös nukleoni -antinukleoni-parin (esimerkiksi antiprotonin protonilla tai neutronilla ) tuhoamista on tutkittu. Itse asiassa antinukleonien vuorovaikutuksessa nukleonien kanssa (ja antihadronien ja hadronien kanssa yleensä ) eivät itse hadronit tuhoudu, vaan antikvarkit ja kvarkit ovat osa hadroneja . Lisäksi yhden hadronin muodostavat kvarkki-antikvarkki-parit myös tuhoutuvat. Siten neutraali pi-mesoni π 0 koostuu kvanttimekaanisesta kvarkki-antikvarkki-parien u u ja d d yhdistelmästä ; sen hajoaminen kahdeksi fotoniksi johtuu tällaisen parin tuhoutumisesta [1] .
Ei ole olemassa vain sähkömagneettisia tuhoutumisprosesseja (kuten edellä käsitellyt elektroni-positroni- ja kvarkki-antikvarkki-parien tuhoutumisprosessit fotoneiksi sekä neutraalien vektorimesonien hajoaminen leptonpareiksi, esimerkiksi rho-mesonin hajoaminen elektroni-positronipariksi), mutta myös "heikko" ja "vahva" annihilaatio, joka tapahtuu heikon ja voimakkaiden vuorovaikutusten vuoksi. Esimerkki heikosta tuhoutumisesta on pseudoskalaaristen [2] varautuneiden mesonien (kuten K + → μ + ν μ ) kahden hiukkasen leptonin hajoaminen, joka johtuu mesonit muodostavien kvarkki-antikvarkki-parien tuhoutumisesta virtuaaliseksi vektoriksi . bosoni W ± , joka sitten hajoaa varautuneiden ja neutraalien leptonien pariksi (edellä olevassa esimerkissä positiivisella K-mesonilla: K + ( u s ) → W + (virt.) → μ + ν μ ). Suurilla energioilla havaitaan myös prosesseja, joissa fermion -antifermion (eli kvarkki-antikvarkki tai leptoni - antileptoni) -pari tuhoutuu todelliseksi W ± - tai Z 0 -bosoniksi, ja heikko annihilaatiopoikkileikkaus kasvaa energian myötä. , toisin kuin sähkömagneettinen ja vahva [1] .
Esimerkkejä voimakkaasta tuhoutumisesta ovat jotkut kvarkonien hajoamiset, jotka ovat raskaampia kuin neutraali pioni ( J /ψ -meson , ϒ - meson jne.). Niissä olevat kvarkit voivat tuhoutua kahden tai kolmen gluonin voimakkaalla vuorovaikutuksella kokonaisspinistä riippuen , vaikka tällaiset prosessit yleensä tukahdutetaan Okubo-Zweig-Izukin säännöllä [ 3] . Sitten gluonit muuttuvat kvarkki-antikvarkki-pareiksi [1] .
Tuhottavan hiukkasen ja antihiukkasen ei tarvitse olla samaa tyyppiä; näin ollen varautuneen pi-mesonin π + → μ + ν μ hallitseva hajoaminen johtuu heterogeenisen kvarkkiparin d u heikosta tuhoutumisesta virtuaaliseksi W + -bosoniksi, joka sitten hajoaa leptonipariksi [1 ] . Tarkastellaan positiivisen myonin tuhoamista elektronilla, joka on samanlainen kuin positronin tuhoutuminen elektronilla. Tätä prosessia ei ole vielä kokeellisesti havaittu, koska leptoniluvun säilymislaki ei salli myoni-elektroni-parin (toisin kuin positroni-elektroni-parin) tuhoutua sähkömagneettisesti fotoneiksi ja vaatii heikkoa tuhoamista neutriinoissa. Esimerkiksi muoniumissa , kvasiatomissa, joka koostuu μ + ja e − , laskennallinen todennäköisyys tuhoutua neutriinopariksi μ + + e − → ν μ ν e on vain 6,6 × 10 -12 todennäköisyydestä normaali myonin hajoaminen [4] .
Käänteinen tuhoutumisprosessi on hiukkas-antihiukkas-parien luominen . Siten elektroni-positroniparin luominen fotonilla atomiytimen sähkömagneettisessa kentässä on yksi gammasäteilykvantin ja aineen vuorovaikutuksen pääprosesseista yli 1 MeV:n energioilla.
Annihilaatio on menetelmä, jolla hiukkasten lepoenergia E 0 muunnetaan reaktiotuotteiden kineettiseksi energiaksi . Kun yksi alkuainehiukkasista ja sen antihiukkasista (esimerkiksi elektroni ja positroni ) törmäävät, ne tuhoutuvat keskenään ja vapautuu valtava määrä energiaa (suhteellisuusteorian mukaan E \u003d 2 E 0 \u003d 2 mc ² , jossa E 0 on lepoenergia, m - hiukkasmassa , c on valon nopeus tyhjiössä).
Suhteellinen energian vapautuminen eri reaktioissa samalle aineen massalle. Vedyn palamisen vapautunut energia hapessa on 1.
Kemiallinen energia : O 2 / H 2 - 1.
Uraani-235- ytimien fissioenergia : 5 850 000 kertaa kemiallinen energia.
Termoydinfuusion energia protonien fuusion aikana heliumytimeksi : 4,14 kertaa enemmän kuin ydin.
Tuhoamisen aikana vapautuva energia E = mc², mikä rajoittaa teoreettisesti kaikkia eksotermisiä prosesseja : 264 kertaa enemmän energiaa vapautuu lämpöydinfuusion aikana [5] .
Kaavan E = 2 mc ² mukaan voidaan laskea, että kun 1 kg antiainetta ja 1 kg ainetta ovat vuorovaikutuksessa, vapautuu noin 1,8⋅10 17 joulea energiaa, mikä vastaa räjähdyksen aikana vapautuvaa energiaa. 42,96 megatonnia trinitrotolueenia . Tehokkain koskaan planeetalla räjähtänyt ydinlaite, tsaaripommi , vastasi 57 megatonnia . Noin 50% hadronien tuhoamisen (nukleoni-antinukleoniparin reaktio) aikana vapautuvasta energiasta vapautuu neutriinojen muodossa , eivätkä viimeksi mainitut käytännössä ole vuorovaikutuksessa aineen kanssa pienillä energioilla.
Tällä hetkellä tuhoamisen käyttö energia- tai sotilaallisiin tarkoituksiin on mahdotonta, koska tässä teknologian kehitysvaiheessa ei ole mahdollista luoda ja säilyttää tarvittavaa määrää antimateriaa riittävän pitkään .