Реальная физика



Скачать 107.18 Kb.
страница1/3
Дата01.08.2018
Размер107.18 Kb.
  1   2   3

к библиотеке к оглавлению FAQ по эфирной физике ТОЭЭ ТЭЦ ТПОИ ТИ
РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА
Глоссарий по физике

А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Э Ю Я


Аннигиляция пары частица-античастица

Аннигиляция пары частица-античастица (от позднелат. annihilatio - уничтожение, исчезновение) - один из видов взаимопревращения элементарных частиц. Термином "А." первоначально наз. эл--магн. процесс превращения электрона и его античастицы - позитрона при их столкновении в эл--магн. излучение (в фотоны, или g-кванты). Однако этот термин неудачен, т. к. в процессах А. материя не уничтожается, а лишь превращается из одной формы в другую.


Возможность А. была предсказана П. Дираком (Р. А. М. Dirac) на основе развитой им квантовомеха-нич. релятивистской теории электрона (см. Дырок теория Дирака ).В 1932 в космич. лучах были обнаружены первые античастицы - позитроны, в 1933 зарегистрированы случаи А. пар электрон-позитрон.
В процессе А. и при суммарном спине сталкивающихся частиц J=0 испускается (вследствие закона сохранения зарядовой чётности в эл--магн. взаимодействии) чётное число -квантов (практически два), а при J=1 - нечётное (практически три; А. в один фотон запрещена законом сохранения энергии-импульса). Образование большого числа-квантов подавлено из-за малости константы , характеризующей интенсивность протекания эл--магн. процессов. Если относит. скорость е+ и е- невелика, А. с большой вероятностью происходит через образование промежуточного связанного состояния - позитрония.
Столкновение любой частицы с её античастицей может приводить к их А., причём не только за счёт эл--магн. взаимодействия. Так, А. протонов и антипротонов в p-мезоны (преим. в 5-6 -мезонов) вызывается сильным взаимодействием. При малой относит. скорости р и их А. может происходить через связанное промежуточное состояние антипротонного атома (см. Адронные атомы)или, возможно, через барионий.
В отличие от А при низких энергиях сталкивающихся частиц, когда в процессе А. пара частица-античастица превращается в более лёгкие частицы, при высоких энергиях лёгкие частицы могут аннигилировать с образованием более тяжёлых частиц (при условии, что полная энергия аннигилирующих частиц превышает порог рождения тяжёлых частиц, равный в системе центра инерции сумме их энергий покоя).
В экспериментах на установках со встречными пучками е+ о- высокой энергии наблюдаются процессы А.:
(1), (2)
В низшем порядке теории возмущений квантовой электродинамики процесс (1) описывается аннигиляцион-ной Фейнмана диаграммой с виртуальным фотоном (см. Виртуальные частицы)в промежуточном состоянии (рис., а). Процесс (2) происходит также через виртуальный фотон (рис., б); по совр. представлениям, в этом случае переходит в пару быстрых кварка (q)и антикварка (рис., в), к-рые, испуская при взаимодействии с вакуумом пары кварк-антикварк, превращаются в адроны. При высоких энергиях столкновения образующиеся адроны сохраняют направление движения первичных кварка и антикварка, и в конечном состоянии наблюдаются две адронные струи.
Сечение таких процессов уменьшается обратно пропорционально квадрату 4-импульса виртуального фотона (Q2)(см. Партоны, Квантовая хромодинамика). Эксклюзивный процесс прямого перехода в адрон и его античастицу (напр., в пару , К+ К-, барион-антибарион) дополнительно подавлен формфактором адрона (уменьшающимся с ростом Q2). Согласно квантовой хромодинамике, возможен также процесс А. е+е- в пару с испусканием глюона (g)высокой энергии (рис., г); в этом случае в конечном состоянии должны наблюдаться трёхструйные события.

Отношения (R)сечений процессов электрон-позитронной А. (2) и (1) равно сумме квадратов электрич. зарядов всех образующихся при А. кварков. Когда энергия пары становится выше порога рождения частиц нового сорта - тяжёлых лептонов или частиц, в состав к-рых входят тяжёлые кварки с, b, значение R возрастает на величину, соответствующую вкладу новых фундам. частиц. В экспериментах по-А. наблюдается резонансное образование кваркониев - тяжёлых истинно нейтральных мезонов и др., интерпретируемых как связанные состояния соответственно . Такие мезоны должны распадаться за счёт А. кварка и антикварка в два или три глюона (в зависимости от их полного углового момента). В процессах А. в адроны образуются преим. мезоны. Однако с ростом энергии сталкивающихся частиц наблюдается значит. повышение выхода пар ба-рион-антибарион в инклюзивных процессах ба-рион-антибарион+адроны.
В столкновениях антинуклонов с нуклонами с относит. вероятностью 10-4 могут происходить процессы эл--магн. А. антикварков антинуклона с кварками нуклона. В результате такой А. образуется виртуальный фотон, распадающийся на пару лептонов е+е- или . Процесс рождения лептонных пар в столкновениях адронов описывается в рамках кварк-партонной модели, причём расчёт эл--магн. А. кварков и антикварков позволяет в рамках этой модели получить согласующееся с наблюдениями описание характеристик лептонных пар с большой энергией (в системе центра инерции), рождающихся в столкновениях адронов.
С ростом энергии сталкивающихся частиц сечение А. за счёт сильного и эл--магн. взаимодействий падает, а за счёт слабого взаимодействия - растёт. Поэтому при высоких энергиях в столкновениях адронов могут наблюдаться и процессы слабой А. кварков и антикварков в виртуальный или реальный - или Z°-бозон слабого взаимодействия. Интерференция сильного и слабого взаимодействий адронов определяет эффекты слабого взаимодействия в столкновениях адронов при высоких энергиях (несохранение чётности, одиночное рождение странных и очарованных частиц в столкновениях "обычных" адронов и др.).
А. электронов и позитронов может происходить и через виртуальный Z°-бозон. Интерференция слабого и эл--магн. взаимодействий вызывает нарушение пространств. чётности в этих процессах (проявляющееся, напр., в асимметрии углового распределения пар или адронных струй). При энергии в системе центра инерции пары , равной массе (в знергетич. единицах) Z°-бозона, А. лары должна происходить резонансно- с превращением в реальный Z°-бозон. Двухчастичные лептонные распады псевдоскалярных заряж. мезонов (напр., ) обусловлены А. составляющих мезоны кварков-антикварков () за счёт слабого взаимодействия, а распады нейтральных векторных мезонов (r°,w,j и др.) на лептонные пары (напр.,, ) и распады псевдоскалярных нейтронных мезонов () на два -кванта -А. за счёт эд--магн. взаимодействия. В распадах мезонов, в состав к-рых входит с- или b-кварк, процессы А. за счёт слабого взаимодействия, напр. (где l-лептон, -соответствующие ему нейтрино), могут увеличить вероятность распадов очарованных частиц.
По аналогии с электрон-позитронной А. теоретически обсуждается возможный процесс А. пары лептонов - электронного антинейтрино и электрона адроны), вызываемый слабым взаимодействием.
В естеств. условиях процессы А. могут происходить вблизи космич. источников античастиц (активных ядер галактик, пульсаров) и при взаимодействии космич. антипротонов и позитронов с веществом. Такие процессы космич. А. могут наблюдаться методами g-астрономии по аннигиляц. космич. излучению. Результаты этих наблюдений указывают на отсутствие заметного кол-ва антивещества в окружающей нас части Вселенной вплоть до масштаба скопления галактик и свидетельствуют в пользу барионной асимметрии Вселенной. В соответствии с теорией горячей Вселенной на ранних стадиях эволюции Вселенной процессы А. (и обратные им процессы рождения пар) за счёт эл--магн., сильного и слабого взаимодействий, напр. , , обеспечивали термодинамич. равновесие релятивистской плазмы частиц и античастиц и эл--магн. излучения. При понижении температуры расширяющейся Вселенной ниже величины, отвечающей массе частиц данного сорта (используется система единиц, в к-рой ), должна была. происходить А. соответствующих частиц и античастиц в более лёгкие частицы.
Время жизни античастиц (или частиц) относительно их А. с частицами (античастицами) обратно пропорционально концентрации частиц (античастиц). В расширяющейся Вселенной, когда становится больше времени расширения, А. прекращается и происходит т. н. закалка концентрации частиц и античастиц. Представление о "закалке" концентрации массивных метастабильных частиц (магнитных монополей, экзотич. частиц, появляющихся в нек-рых моделях великого объединения и расширенной супергравитации)и анализ их последующего влияния на астрофиз. процессы на более поздних стадиях расширения Вселенной играет важную роль для получения астрофиз. ограничений на параметры моделей, предсказывающих существование таких частиц.
Лит.: Гайтлер В., Квантовая теория излучения, пер. с англ., М., 1956; Дирак П. А. М., Принципы квантовой механики, пер. с англ., 2 изд., М., 1979; Фоломешкин В. Н., Хлопов М. Ю., О возможностях изучения реакций неупругого vее-рассеяния в пучках нейтрино высоких энергий, "ЯФ", 1973, т. 17, в. 4, с. 810; Фейнман Р., Взаимодействие фотонов с адронами, пер. с англ., М., 1975; Долгов А. Д., Зельдович Я. В., Космология и элементарные частицы, "УФН", 1980, т. 130, с. 559. М. Ю. Хлопов.



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3


База данных защищена авторским правом ©znate.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница