Электрон-позитронная аннигиляция
| Антиматерия |
|---|
 |
Электрон-позитронная аннигиляция происходит, когда электрон (
и −
) и позитрон (
и +
электрона , античастица ) сталкиваются. При низких энергиях результатом столкновения является аннигиляция электрона и позитрона и рождение энергичных фотонов :
и −
+
и +
→
с
+
с
При высоких энергиях другие частицы, такие как B-мезоны или W- и Z-бозоны могут создаваться . Все процессы должны удовлетворять ряду законов сохранения , в том числе:
- Сохранение электрического заряда . Чистый заряд до и после равен нулю.
- Сохранение импульса и полной энергии . Это запрещает создание одного фотона. Однако в квантовой теории поля этот процесс разрешен; см. примеры уничтожения .
- Сохранение углового момента .
- Сохранение общего (т. е. чистого) лептонного числа , которое представляет собой количество лептонов (таких как электрон) минус количество антилептонов (таких как позитрон); это можно охарактеризовать как закон сохранения (чистой) материи .
Как и любые два заряженных объекта, электроны и позитроны могут взаимодействовать друг с другом без аннигиляции, как правило, за счет упругого рассеяния .
Корпус с низким энергопотреблением
[ редактировать ]Существует лишь очень ограниченный набор возможностей для конечного состояния. Наиболее вероятным является рождение двух и более гамма-фотонов. Сохранение энергии и импульса запрещают создание только одного фотона. (Исключение из этого правила может иметь место для прочно связанных атомных электронов. [1] ) В наиболее распространенном случае создаются два гамма-фотона, каждый с энергией, равной энергии покоя электрона или позитрона ( 0,511 МэВ ). [2] Удобная система отсчета - та, в которой система не имеет чистого линейного импульса до аннигиляции; таким образом, после столкновения гамма-фотоны испускаются в противоположных направлениях. Также часто создаются три, поскольку в некоторых состояниях углового момента это необходимо для сохранения четности заряда . [3] Также возможно создать любое большее количество фотонов, но вероятность становится ниже с каждым дополнительным гамма-фотоном, поскольку эти более сложные процессы имеют меньшие амплитуды вероятности .
Поскольку нейтрино также имеют меньшую массу, чем электроны, также возможно – но крайне маловероятно – что в результате аннигиляции образуется одна или несколько нейтрино- антинейтрино пар . Вероятность такого процесса примерно в 10 000 раз меньше, чем аннигиляция в фотоны. То же самое можно сказать и о любых других частицах, которые являются такими же легкими, если они имеют хотя бы одно фундаментальное взаимодействие с электронами и никакие законы сохранения не запрещают этого. Однако другие подобные частицы неизвестны.
Высокоэнергетический корпус
[ редактировать ]Если электрон или позитрон, или оба, имеют значительную кинетическую энергию , другие более тяжелые частицы также могут быть созданы (например, D-мезоны или B-мезоны ), поскольку в относительных скоростях достаточно кинетической энергии, чтобы обеспечить энергию покоя этих частиц. . Альтернативно, можно производить фотоны и другие легкие частицы, но они будут появляться с более высокими кинетическими энергиями.
При энергиях, близких к массе носителей слабого взаимодействия , W- и Z-бозонов , сила слабого взаимодействия становится сравнимой с электромагнитной силой. [3] В результате становится намного проще создавать частицы, такие как нейтрино, которые слабо взаимодействуют с другим веществом.
Самые тяжелые пары частиц, полученные в результате электрон-позитронной аннигиляции в ускорителях частиц :
В +
–
В −
пары (масса 80,385 ГэВ/с 2 × 2). Самая тяжелая однозарядная частица — Z-бозон (масса 91,188 ГэВ/с). 2 ). Движущей силой создания Международного линейного коллайдера является производство бозонов Хиггса (масса 125,09 ГэВ/c). 2 ) таким образом. [ нужна ссылка ]
Практическое использование
[ редактировать ]Процесс электрон-позитронной аннигиляции — это физическое явление, положенное в основу позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и позитронно-аннигиляционной спектроскопии (ПАС). Он также используется в качестве метода измерения поверхности Ферми и зонной структуры в металлах с помощью метода, называемого угловой корреляцией электрон-позитронного аннигиляционного излучения .Он также используется для ядерного перехода.Позитронно-аннигиляционная спектроскопия применяется также для изучения кристаллографических дефектов в металлах и полупроводниках;он считается единственным прямым зондом дефектов вакансионного типа. [4]
Обратная реакция
[ редактировать ]Обратная реакция, рождение электрона-позитрона, представляет собой форму образования пар, регулируемую двухфотонной физикой .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Л. Содиксон; В. Боуман; Дж. Стивенсон; Р. Вайнштейн (1970). «Одноквантовая аннигиляция позитронов». Физический обзор . 124 (6): 1851–1861. Бибкод : 1961PhRv..124.1851S . дои : 10.1103/PhysRev.124.1851 .
- ^ В.Б. Этвуд, П.Ф. Майкельсон, С. Ритц (2008). «Открытое окно в край Вселенной». Исследования и наука (на испанском языке). 377 : 24–31.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б DJ Гриффитс (1987). Введение в элементарные частицы . Уайли . ISBN 0-471-60386-4 .
- ^ Ф. Туомисто и И. Макконен (2013). «Идентификация дефектов в полупроводниках с аннигиляцией позитронов: Эксперимент и теория» . Обзоры современной физики . 85 (4): 1583–1631. Бибкод : 2013РвМП...85.1583Т . дои : 10.1103/RevModPhys.85.1583 . hdl : 10138/306582 . S2CID 41119818 .
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
