Antihiukkasia

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 21.5.2021 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 4 muokkausta .

Antihiukkanen  on jonkin muun alkeishiukkasen kaksoishiukkanen , jolla on sama massa ja sama spin ja joka eroaa siitä kaikkien muiden vuorovaikutusominaisuuksien [1] merkeissä (varaukset, kuten sähkö [2] ja värivaraukset , baryoni- ja leptonin kvanttiluvut ).

Jo määritelmä siitä, mitä kutsutaan "hiukkaseksi" hiukkas-antihiukkas-parissa, on suurelta osin mielivaltainen. Kuitenkin tietyllä "partikkelin" valinnalla sen antipartikkeli määräytyy yksilöllisesti. Baryoniluvun säilyminen heikon vuorovaikutuksen prosesseissa mahdollistaa "partikkelin" määrittämisen missä tahansa baryon-antibaryon-parissa baryonien hajoamisketjun avulla. Elektronin valinta "hiukkaseksi" elektroni-positroniparissa korjaa (johtuen leptoniluvun säilymisestä heikoissa vuorovaikutusprosesseissa ) "hiukkasen" tilan määritelmää elektronineutriinojen-antineutriinojen parissa. Siirtymiä eri sukupolvien (tyypin ) leptonien välillä ei ole havaittu, joten "partikkelin" määritelmä jokaisessa leptonisukupolvessa voidaan yleisesti ottaen tehdä itsenäisesti. Yleensä analogisesti elektronin kanssa "hiukkasia" kutsutaan negatiivisesti varautuneiksi leptoneiksi , jotka, säilyttäen leptoniluvun, määräävät vastaavat neutriinot ja antineutriinot . Bosoneille " hiukkasen " käsite voidaan vahvistaa määrittelemällä esimerkiksi ylivaraus .

Antihiukkasten olemassaolo

P. A. M. Dirac [1] ennusti antihiukkasten olemassaolon . Hänen vuonna 1928 saamansa kvanttirelativistinen elektronin liikeyhtälö ( Dirac-yhtälö ) sisälsi välttämättä ratkaisuja, joilla oli negatiivinen energia. Myöhemmin osoitettiin, että negatiivisen energian omaavan elektronin katoaminen tulisi tulkita hiukkasen (saman massan) ilmaantumisena, jolla on positiivinen energia ja positiivinen sähkövaraus, eli antihiukkanen suhteessa elektroniin. Tämä hiukkanen, positroni  , löydettiin vuonna 1932 [1] .

Myöhemmissä kokeissa havaittiin, että paitsi elektronilla, myös kaikilla muilla hiukkasilla on omat antihiukkasensa [1] . Vuonna 1936 myon (μ - ) ja μ + sen antihiukkanen löydettiin kosmisista säteistä ja vuonna 1947 - π - ja π +  - mesonit , jotka muodostavat parin hiukkas - antihiukkanen; vuonna 1955 kiihdytinkokeissa havaittiin antiprotoni , vuonna 1956 antineutroni , vuonna 1966 antideuterium , vuonna 1970 antihelium , vuonna 1998 antivety [1] , vuonna 2011 antihelium-4 [3] jne. , havaitsi lähes kaikkien tunnettujen hiukkasten antihiukkasia, ja ei ole epäilystäkään siitä, että kaikissa hiukkasissa on antihiukkasia.

Aidot neutraalit hiukkaset

Joidenkin neutraalien hiukkasten kohdalla antihiukkanen osuu identtiseksi hiukkasen kanssa. Näitä ovat erityisesti fotoni , neutraali pi-mesoni , eta-mesoni ja muut kvarkonit , Higgsin bosonit , Z-bosonit , gravitonit . Tällaisia ​​hiukkasia kutsutaan todella neutraaleiksi . Korostamme, että sähköisesti neutraalit hiukkaset eivät välttämättä ole samat kuin niiden antihiukkaset. Tämä koskee erityisesti neutronia , neutrinoa , neutraalia kaonia jne.

Kaikki tunnetut todella neutraalit hiukkaset  ovat bosoneja , mutta periaatteessa voi olla myös todella neutraaleja fermioneja (ns. Majorana-hiukkasia ).

Oscillations

Jos jokin sähköisesti neutraalin hiukkasen kvanttiluvuista ei tiukasti säily, siirtymät (värähtelyt) hiukkasen ja sen antihiukkasen tilojen välillä ovat mahdollisia. Tässä tapauksessa tilat, joilla on tietty ei-konservoitunut kvanttiluku, eivät ole energia-momentti-operaattorin ominaistiloja, vaan todella neutraalien tilojen superpositioita tietyillä massa-arvoilla. Samanlainen ilmiö voidaan toteuttaa järjestelmissä , jne .

Syntymä ja tuhoutuminen

Antihiukkasten syntyminen tapahtuu ainehiukkasten törmäyksissä, jotka kiihtyvät energioihin, jotka ylittävät hiukkas-antihiukkasparin syntymisen kynnyksen (katso Parisyntyminen ). Laboratorio-olosuhteissa antihiukkasia tuotetaan hiukkasten vuorovaikutuksessa kiihdyttimissä ; tuloksena olevien antihiukkasten varastointi suoritetaan varastorenkaissa korkeassa tyhjiössä. Luonnollisissa olosuhteissa antihiukkaset syntyvät primääristen kosmisten säteiden vuorovaikutuksessa aineen, esimerkiksi maapallon ilmakehän , kanssa, ja niiden pitäisi syntyä myös pulsareiden ja aktiivisten galaktisten ytimien läheisyydessä . Teoreettinen astrofysiikka tarkastelee antihiukkasten (positronien, antinukleonien) muodostumista aineen kertymisen aikana mustiin aukkoihin . Modernin kosmologian puitteissa tarkastellaan antihiukkasten syntymistä pienimassaisten primordiaalisten mustien aukkojen haihduttamisen aikana. Lämpötiloissa, jotka ylittävät tietyn tyyppisten hiukkasten lepoenergian (yksiköiden energiajärjestelmässä), hiukkas-antihiukkas-parit ovat tasapainossa aineen ja sähkömagneettisen säteilyn kanssa . Tällaiset olosuhteet voidaan toteuttaa elektroni-positroniparille massiivisten tähtien kuumissa ytimissä. Kuuman maailmankaikkeuden teorian mukaan maailmankaikkeuden laajenemisen alkuvaiheessa kaikenlaiset hiukkas-antihiukkas-parit olivat tasapainossa aineen ja säteilyn kanssa. Suurten yhdistämismallien mukaisesti C- ja CP-invarianssin rikkomisen vaikutukset epätasapainoprosesseissa baryoniluvun säilymättä jättämisessä voivat johtaa hyvin varhaisessa universumissa universumin baryoni-epäsymmetriaan jopa tiukan alkuvaiheen olosuhteissa. hiukkasten ja antihiukkasten lukumäärän yhtäläisyys. Tämä antaa fyysisen perustelun havainnointitietojen puutteelle antihiukkasten esineiden olemassaolosta universumissa .

Kun hiukkanen törmää antihiukkaseen, ne voivat tuhota .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 3 4 5 Luonnon alkuainehiukkaset . Antihiukkaset 52. D. V. Skobeltsynin ydinfysiikan tutkimuslaitos, Lomonosov Moskovan valtionyliopisto . Käyttöpäivä: 7. toukokuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 7. toukokuuta 2014.
  2. ↑ Antihiukkaset - Suuri venäläinen tietosanakirja . Haettu 4. kesäkuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 23. huhtikuuta 2016.
  3. ↑ Elements Science News: ALICE mittaa valon vastaytimien massat ja sidosenergiat . Haettu 19. elokuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 21. elokuuta 2015.