Частицы и античастицы.Существование античастиц является универсальным свойством элементарных частиц. Каждой частице соответствует своя античастица: например, электрону e- - позитрон e+, протону p+ - антипротон p-, нейтрону – антинейтрон и т.д. Позитрон и антипротон отличаются от электрона и протона прежде всего знаком электрического заряда. Антинейтрон отличается от нейтрона знаком магнитного момента.
В общем случае античастица отличается от частицы только знаками так называемых зарядов (электрического, барионного, лептонного, странности), с которыми связаны определенные законы сохранения (подробнее в п. 9.4.). Такие характеристики как масса, спин, время жизни у них одинаковы.
В некоторых случаях античастица совпадает со своей частицей, т.е. все свойства частицы и античастицы одинаковы. Такие частицы называют истинно нейтральными. К ним относятся фотон g, p0-мезон и h0-мезон.
Понятия частицы и античастицы относительны. Электрон считают частицей, а позитрон – античастицей только потому, что во Вселенной преобладают именно электроны, а позитроны - более экзотические частицы. Условившись считать электрон и протон частицами, далее с помощью законов сохранения можно однозначно установить, чем является каждая элементарная частица – частицей или античастицей.
Аннигиляция и рождение пар.При встрече электрона с позитроном происходит их аннигиляция, т.е. превращение их в g-кванты:
e- + e+ ® g + g.
Заметим, что один g-квант при этом излучиться не может, так как в этом случае нарушился бы закон сохранения импульса.
Существует процесс, обратный аннигиляции – рождение пар. Один g-квант может породить пару e- e+. Для этого необходимо, чтобы энергия g-кванта была не меньше собственной энергии пары 2mec2. Этот процесс может происходить только в поле атомного ядра, иначе нарушился бы закон сохранения импульса. При наличие атомного ядра импульс g-кванта будет восприниматься ядром без нарушения закона сохранения импульса.
Аннигилируют не только электрон с позитроном, но и любая другая частица со своей античастицей. Однако при аннигиляции тяжелых частиц и античастиц возникают преимущественно p-мезоны (доля g-квантов весьма мала). Это обусловлено проявлением различных типов взаимодействий: аннигиляция электрона с позитроном вызывается электромагнитным взаимодействием, тогда как аннигиляция более тяжелых частиц – адронов – сильным взаимодействием.