Меню
Главная
Случайная статья
Настройки
|
Аннигиляция (лат. annihilatio — «полное уничтожение; отмена») — реакция превращения частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных.
Содержание
Характеристика
Наиболее изученной является аннигиляция электрон-позитронной пары. При низких энергиях сталкивающихся электрона и позитрона, а также при аннигиляции их связанного состояния — позитрония — эта реакция аннигиляции даёт в конечном состоянии два или три фотона, в зависимости от ориентации спинов электрона и позитрона. При энергиях порядка нескольких МэВ становится возможной и многофотонная аннигиляция электрон-позитронной пары. При энергиях порядка сотен МэВ в процессе аннигиляции электрон-позитронной пары рождаются в основном адроны.
Изучалась также и аннигиляция нуклон-антинуклонной пары (например, антипротона с протоном или нейтроном). В действительности, при взаимодействии антинуклонов с нуклонами (и вообще антиадронов с адронами) аннигилируют не сами адроны, а входящие в состав адронов антикварки и кварки. Более того, аннигилируют и кварк-антикварковые пары, входящие в состав одного адрона. Так, нейтральный пи-мезон 0 состоит из квантовомеханической комбинации кварк-антикварковых пар
Существуют не только электромагнитные процессы аннигиляции (как рассмотренные выше процессы аннигиляции электрон-позитронных и кварк-антикварковых пар в фотоны, а также распады нейтральных векторных мезонов в лептонные пары, например распад ро-мезона в электрон-позитронную пару), но также «слабая» и «сильная» аннигиляция, происходящая за счёт соответственно слабого и сильного взаимодействий. Примером слабой аннигиляции являются двухчастичные лептонные распады псевдоскалярных[2] заряженных мезонов (такие как
Примером сильной аннигиляции являются некоторые распады кваркониев, более тяжёлых, чем нейтральный пион (, и т. п.). Кварки в них могут аннигилировать с участием сильного взаимодействия в два или три глюона, в зависимости от суммарного спина, хотя такие процессы обычно подавлены правилом Окубо — Цвейга — Иизуки[3]. Затем глюоны превращаются в кварк-антикварковые пары[1].
Аннигилирующие частица и античастица не обязаны быть одного типа; так, доминирующий распад заряженного пи-мезона
Процессом, обратным аннигиляции, является рождение пар частица-античастица. Так, рождение электрон-позитронной пары фотоном в электромагнитном поле атомного ядра является одним из основных процессов взаимодействия гамма-кванта с веществом при энергиях более 1 МэВ.
Выделение энергии
Аннигиляция является методом перевода энергии покоя E0 частиц в кинетическую энергию продуктов реакции. При столкновении одной из элементарных частиц и её античастицы (например, электрона и позитрона) происходит их взаимоуничтожение, при этом высвобождается огромное количество энергии (согласно теории относительности, E = 2E0 = 2mc, где E0 — энергия покоя, m — масса частицы, c — скорость света в вакууме).
Сравнение выделения энергий
Относительное выделение энергии при разных реакциях на равную массу вещества. Выделяющаяся энергия горения водорода в кислороде принята за 1.
Химическая энергия: O2/H2 — 1.
Энергия деления ядер урана-235: в 5 850 000 раз больше химической.
Энергия термоядерного синтеза при слиянии протонов в ядро гелия: в 4,14 раза больше ядерной.
Энергия, выделяемая при аннигиляции E = mc, теоретически предельная для любых экзотермических процессов: в 264 раза больше энергии, выделяемой при термоядерном синтезе[5].
По формуле E = 2mc можно подсчитать, что при вступлении во взаимодействие 1 кг антиматерии и 1 кг материи выделится приблизительно 1,81017 джоуль энергии, что эквивалентно энергии, выделяемой при взрыве 42,96 мегатонн тринитротолуола. Самое мощное ядерное устройство из когда-либо взрывавшихся на планете, Царь-бомба, соответствовало 57 мегатоннам. Приблизительно 50 % энергии, высвобождающейся при аннигиляции адронов (реакции пары нуклон-антинуклон), выделяется в форме нейтрино, а последние при малых энергиях практически не взаимодействуют с веществом.
Применение
В настоящее время применение аннигиляции в энергетических или военных целях невозможно, так как на данном этапе технологического развития не удаётся создать и удержать на достаточно долгое время нужное количество антивещества.
См. также
Примечания
- 1 2 3 4 Хлопов М. Ю. Аннигиляция // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1: Ааронова — Бома эффект — Длинные линии. — С. 85—86. — 707 с. — 100 000 экз.
- То есть обладающих нулевым спином и отрицательной чётностью: J = 0.
- Герасимов С. Б. Цвейга правило // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая российская энциклопедия, 1999. — Т. 5: Стробоскопические приборы — Яркость. — С. 418. — 692 с. — 20 000 экз. — ISBN 5-85270-101-7.
- Shkerin A. Muonium annihilation into e and e (англ.) // Phys. Rev. D. — 2013. — Vol. 88. — P. 013012. — doi:10.1103/PhysRevD.88.013012. — arXiv:1306.0102.
- Практическое использование антиматерии (рус.). Дата обращения: 29 октября 2015. Архивировано 31 декабря 2015 года.
Ссылки
|
|