Античастицы

Античастицы
4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 48.

Обновлено 10 Января, 2021
4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 48.

Обновлено 10 Января, 2021

Из курса физики за 9 класс известно, что все вещества в природе состоят из элементарных частиц: протонов, нейтронов, электронов и других. В первой половине XX в. были обнаружены частицы, очень похожие на известные, впоследствии названные античастицами. Поговорим кратко о них.

Открытие позитрона

В 1928 г. британский физик П. Дирак вывел квантовое релятивистское уравнение движения электрона (уравнение Дирака). Решением этого уравнения являлись квантовые уровни энергии электрона. И это уравнение давало не только положительные, но и отрицательные решения. Оказалось, что это не бессмысленные решения: электрон с отрицательной энергией следует рассматривать как частицу, равную по массе электрону, но при этом заряженную положительно. Такая частица была названа позитроном.

В 1932 году при наблюдениях космических лучей с помощью камеры Вильсона, помещенной в магнитное поле, К. Андерсон выявил треки частиц, которые по расчетам имели массу и модуль заряда как у электрона, однако направлены треки были в другую сторону. Следовательно, частицы имели положительный заряд и являлись позитронами, предсказанными П. Дираком.

С помощью той же камеры Вильсона был установлен источник этих позитронов: они рождались под действием гамма-квантов космического излучения и всегда в паре с электронами. В 1934 г. также был открыт еще один источник позитронов — $\beta^+$ радиоактивность.

Открытие позитрона стало триумфом теории П. Дирака и говорило о существовании античастиц и для других существующих элементарных частиц. Лишь немногие «истинно нейтральные» частицы, например, фотон или бозон Хиггса, не имеют античастиц (точнее, одновременно являются и частицей, и античастицей).

Открытие позитрона
Рис. 1. Открытие позитрона.

Аннигиляция

П. Дирак доказал, что любая частица, встречая свою античастицу, должна исчезать вместе с ней, образовывая гамма-кванты высоких энергий. Такой процесс назвали аннигиляцией. В буквальном переводе с латинского это значит «превращение в ничто».

На самом деле, вещество в природе не может «превращаться в ничто». В соответствии с принципом эквивалентности массы и энергии, гамма-кванты, образовавшиеся в этом процессе, имеют такую энергию, которая соответствует массе слившихся частиц и античастиц. Более того, если изначально частицы перед столкновением обладают некоторой кинетической энергией, она также включается в энергию гамма-квантов, и при очень больших энергиях возможен процесс рождения других, новых частиц (к примеру, протонов).

Аннигиляция
Рис. 2. Аннигиляция.

Антивещество

Поскольку античастицы обладают всеми свойствами частиц, они точно так же могут образовывать атомы. Из-за возможности аннигиляции антивещество было получено гораздо позже открытия античастиц.

Первые зарегистрированные события образования ядер антивещества (антедейтерия) произошли только в 1965 г., а в начале 1970-х годов были получены единичные ядра антитрития и антигелия.

Первые полностью сформированные атомы антивещества (антиводород, состоящий из антипротона и позитрона) были получены лишь в 2001 г.

Антиводород
Рис. 3. Антиводород.
Заключение

Что мы узнали?

В соответствии с уравнением Дирака электрон может иметь не только положительные, но и отрицательные уровни энергии. Электрон с отрицательными уровнями энергии может рассматриваться как античастица — позитрон. Почти все частицы в природе имеют свои античастицы. Взаимодействие частиц и античастиц называется аннигиляцией, при этом обе частицы превращаются в гамма-кванты высоких энергий.

Тест по теме

  1. /5
    Вопрос 1 из 5

    Квантовое релятивистское уравнение движения электрона вывел:

Доска почёта
Доска почёта

Чтобы попасть сюда - пройдите тест.

    Пока никого нет. Будьте первым!

Оценка доклада

4.7

Средняя оценка: 4.7

Всего получено оценок: 48.


А какая ваша оценка?

закрыть