Войти
Естественная аннигиляция электронов и позитронов в результате бета-распада Аннигиляция электронов и позитронов происходит, когда электрон (. e.) и позитрон (. e., электрон античастица ) сталкиваются. При низких энергиях результатом столкновения является аннигиляция электрона и позитрона и создание энергичных фотонов :
. При высоких энергиях другие частицы, такие как B-мезоны или бозоны W и Z, могут быть созданы. Все процессы должны удовлетворять ряду законов сохранения, включая:
Как и в случае с любыми двумя заряженными объектами, электроны и позитроны также могут взаимодействовать друг с другом без аннигилирования, в общем, посредством упругого рассеяния.
Есть только очень ограниченный набор возможностей для конечного состояния. Наиболее вероятно создание двух или более фотонов. Сохранение энергии и количества движения запрещает создание только одного фотона. (Исключение из этого правила может иметь место для сильно связанных атомных электронов.) В наиболее распространенном случае создаются два фотона, каждый с энергией, равной энергии покоя электрона или позитрон (0,511 МэВ ). Удобной системой отсчета является система, в которой система не имеет чистого линейного импульса перед аннигиляцией; таким образом, после столкновения фотоны испускаются в противоположных направлениях. Также обычно создается три, поскольку в некоторых состояниях углового момента это необходимо для сохранения зарядовой четности. Также возможно создать любое большее количество фотонов, но вероятность становится ниже с каждым дополнительным фотоном, потому что эти более сложные процессы имеют более низкие амплитуды вероятности.
Поскольку нейтрино также имеют меньшую массу, чем электронов, также возможно - но крайне маловероятно - что аннигиляция произведет одну или несколько пар нейтрино– антинейтрино. Вероятность такого процесса примерно в 10 000 раз меньше, чем аннигиляция в фотоны. То же самое будет верно для любых других частиц, которые являются такими же легкими, если они разделяют по крайней мере одно фундаментальное взаимодействие с электронами, и никакие законы сохранения не запрещают это. Однако о других таких частицах не известно.
Если электрон или позитрон, или оба имеют заметную кинетическую энергию, могут образовываться и другие более тяжелые частицы (например, D-мезоны или B-мезоны ), поскольку в относительных скоростях достаточно кинетической энергии для обеспечения энергий покоя этих частиц. В качестве альтернативы можно производить фотоны и другие легкие частицы, но они появятся с более высокой кинетической энергией.
При энергиях, близких и превышающих массу носителей слабого взаимодействия, W- и Z-бозонов, сила слабого взаимодействия становится сравнимой с электромагнитная сила. В результате становится намного проще производить частицы, такие как нейтрино, которые слабо взаимодействуют с другим веществом.
Самыми тяжелыми парами частиц, которые когда-либо создавались в результате аннигиляции электронов и позитронов в ускорителях частиц, являются пары . W. –. W. (масса 80,385 ГэВ / c × 2). Самая тяжелая однозарядная частица - это Z-бозон (масса 91,188 ГэВ / c). Движущей силой создания Международного линейного коллайдера является получение таким образом бозонов Хиггса (масса 125,09 ГэВ / c).
Процесс электрон-позитронной аннигиляции - это физическое явление, лежащее в основе позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и спектроскопии аннигиляции позитронов (PAS). Он также используется в качестве метода измерения поверхности Ферми и зонной структуры в металлах методом, называемым угловой корреляцией аннигиляционного излучения электронов и позитронов. Он также используется для ядерного перехода. Спектроскопия аннигиляции позитронов также используется для исследования кристаллографических дефектов в металлах и полупроводниках; он считается единственным прямым зондом для дефектов вакансионного типа.
Обратная реакция, образование электрон-позитрон, является формой образования пар, регулируемой двухфотонная физика.
