Аннигиляция

редактировать
A Диаграмма Фейнмана, показывающая взаимную аннигиляцию пары связанного состояния электрон позитрон на два фотона. Это связанное состояние более широко известно как позитроний.

. В физике элементарных частиц, аннигиляция - это процесс, который происходит, когда субатомная частица сталкивается со своим соответствующая античастица, чтобы произвести другие частицы, например, электрон, сталкивающийся с позитроном, чтобы произвести два фотона. Полная энергия и импульс исходной пары сохраняются в процессе и распределяются среди множества других частиц в конечном состоянии. Аддитивные квантовые числа античастиц в точности противоположны частицам, поэтому суммы всех квантовых чисел такой исходной пары равны нулю. Следовательно, может быть получен любой набор частиц, общие квантовые числа которых также равны нулю, если соблюдаются сохранение энергии и сохранение импульса.

Во время низкого - аннигиляция энергии, производство фотонов благоприятно, поскольку эти частицы не имеют массы. Однако коллайдеры высокоэнергетических частиц производят аннигиляцию, при которой создается большое количество экзотических тяжелых частиц.

Слово аннигиляция неформально используется для обозначения взаимодействия двух частиц, которые не являются взаимными античастицами - не заряженными конъюгатами. Некоторые квантовые числа могут тогда не сводиться к нулю в начальном состоянии, но сохраняться с такими же суммами в конечном состоянии. Примером может служить «аннигиляция» высокоэнергетического электронного антинейтрино с электроном с образованием . W..

Если аннигилирующие частицы являются составными, например мезоны или барионы, то в конечном состоянии обычно рождаются несколько разных частиц.

Содержание

  • 1 Образование одиночного бозона
  • 2 Примеры
    • 2.1 Аннигиляция электрон-позитрон
    • 2.2 Аннигиляция протона и антипротона
    • 2.3 Образование Хиггса
  • 3 См. Также
  • 4 Ссылки
    • 4.1 Обозначения
    • 4.2 Сноски

Создание одного бозона

Если первые две частицы элементарны (не составные), то они могут объединиться, чтобы произвести только одиночный элементарный бозон, такой как фотон (. γ.), глюон (. g.), . Z. или бозон Хиггса (. H.). Если полная энергия в системе центра импульсов равна массе покоя реального бозона (что невозможно для безмассового бозона, такого как. γ.), то созданная частица будет продолжать существовать до тех пор, пока не распадется в соответствии со своим временем жизни. В противном случае процесс понимается как начальное создание бозона, который является виртуальным, который немедленно преобразуется в реальную пару частица + античастица. Это называется процессом s-channel. Примером может служить аннигиляция электрона с позитроном с образованием виртуального фотона, который превращается в мюон и антимюон. Если энергия достаточно велика, . Z. может заменить фотон.

Примеры

Электрон-позитронная аннигиляция

. e. + . e.. γ. + . γ.

Когда низкоэнергетический электрон аннигилирует низкоэнергетический позитрон (антиэлектрон), наиболее вероятно создание двух или более фотонов, поскольку единственными другими частицами Стандартной модели в конечном состоянии, которые электроны и позитроны несут достаточную масса-энергия для производства, являются нейтрино, которые примерно в 10000 раз меньше вероятна генерация, а создание только одного фотона запрещено по закону сохранения импульса - одиночный фотон будет иметь ненулевой импульс в любой системе, включая систему координат центра импульса, где полный импульс исчезает. Как аннигилирующие электроны, так и позитронные частицы имеют энергию покоя около 0,511 миллиона электрон-вольт (МэВ). Если их кинетические энергии относительно незначительны, эта полная энергия покоя представляется как энергия фотонов произведенных фотонов. Тогда каждый из фотонов имеет энергию около 0,511 МэВ. И импульс, и энергия сохраняются, при этом энергия фотона 1,022 МэВ (с учетом энергии покоя частиц) движется в противоположных направлениях (с учетом полного нулевого импульса системы).

Если один или оба заряжены частицы несут большее количество кинетической энергии, могут образовываться различные другие частицы. Кроме того, аннигиляция (или распад) пары электрон-позитрон в одиночный фотон может происходить в присутствии третьей заряженной частицы, которой избыточный импульс может быть передан виртуальным фотоном от электрона или позитрона. Обратный процесс, рождение пар одним реальным фотоном, также возможен в электромагнитном поле третьей частицы.

Аннигиляция протон-антипротон

Когда протон сталкивается со своей античастицей (и в более общем смысле, если какой-либо вид бариона встречает соответствующий антибарион ), реакция не так проста, как аннигиляция электрон-позитрон. В отличие от электрона, протон - это составная частица, состоящая из трех «валентных кварков» и неопределенного числа «морских кварков», связанных глюонами.. Таким образом, когда протон встречает антипротон, один из его кварков, обычно составляющий валентный кварк, может аннигилировать с антикварком (который реже может быть морским кварком) с образованием глюона, после чего глюон вместе с оставшимися кварками, антикварками и глюонами претерпят сложный процесс перегруппировки (называемый адронизацией или фрагментацией ) в ряд мезонов (в основном пионов и каоны ), которые будут разделять полную энергию и импульс. Вновь созданные мезоны нестабильны, и если они не столкнутся и не взаимодействуют с каким-либо другим материалом, они будут распадаться в серии реакций, которые в конечном итоге производят только фотоны, электроны, позитроны. и нейтрино. Этот тип реакции будет происходить между любым барионом (частица, состоящая из трех кварков) и любым антибарионом, состоящим из трех антикварков, один из которых соответствует кварку в барионе. (Эта реакция маловероятна, если хотя бы один из барионов и антибарионов достаточно экзотичен, чтобы не иметь общих кварковых ароматов.) Антипротоны могут и действительно аннигилируют с нейтронами, а также антинейтронами может аннигилировать с протонами, как обсуждается ниже.

Наблюдались реакции, в которых аннигиляция протона с антипротоном дает до девяти мезонов, а образование тринадцати мезонов теоретически возможно. Сгенерированные мезоны покидают место аннигиляции со скоростью умеренных долей скорости света и распадаются с любым временем жизни, подходящим для их типа мезона.

Подобные реакции будут происходить, когда антинуклон аннигилирует в более сложном атомное ядро ​​, за исключением того, что полученные мезоны, будучи сильно взаимодействующими, имеют значительную вероятность того, что они будут поглощены одним из оставшихся нуклонов-«зрителей», а не уйдут. Поскольку поглощенная энергия может достигать ~ 2 ГэВ, она в принципе может превышать энергию связи даже самых тяжелых ядер. Таким образом, когда антипротон аннигилирует внутри тяжелого ядра, такого как уран или плутоний, может произойти частичное или полное разрушение ядра с высвобождением большого количества быстрых нейтронов. Такие реакции открывают возможность запуска значительного числа вторичных реакций деления в докритической массе и потенциально могут быть полезны для двигательной установки космического корабля.

производства Хиггса

При столкновении двух нуклонов при очень высоких энергиях, морские кварки и глюоны имеют тенденцию доминировать в скорости взаимодействия, поэтому ни один нуклон не должен быть античастицей для аннигиляции кварка. произойдет пара или «слияние» двух глюонов. Примеры таких процессов способствуют образованию долгожданного бозона Хиггса. Хиггс непосредственно образуется очень слабо в результате аннигиляции легких (валентных) кварков, но имеются тяжелые . t. или . b. морские или образовавшиеся кварки. В 2012 году лаборатория ЦЕРН в Женеве объявила об обнаружении Хиггса в обломках протон-протонных столкновений на Большом адронном коллайдере (LHC). Самый сильный выход Хиггса происходит от слияния двух глюонов (посредством аннигиляции пары тяжелых кварков), в то время как два кварка или антикварка производят более легко идентифицируемые события посредством излучения Хиггса созданным виртуальным векторным бозоном или аннигиляции два таких векторных бозона.

См. Также

Найдите аннигиляцию в Викисловаре, бесплатном словаре.

Ссылки

Обозначения

Сноски

Последняя правка сделана 2021-06-11 17:02:58
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте