Гипотеза об античастице впервые возникла в 1928 г., когда П. Дирак на основе
релятивистского волнового уравнения предсказал существование позитрона, обнаруженного
спустя четыре года К. Андерсоном в составе космического излучения. Электрон и позитрон не
являются единственной парой частица - античастица. На основе релятивистской квантовой
379
теории пришли к заключению, что для каждой элементарной частицы должна существовать
античастица (принцип зарядового сопряжения).
Эксперименты показывают, что за немногим исключением (например, фотона и π
о
мезона),
действительно, каждой частице соответствует античастица.
Из общих положений квантовой теории следует, что частицы и античастицы должны иметь
одинаковые массы, одинаковые времена жизни в вакууме, одинаковые по модулю, но
противоположные по знаку электрические заряды и магнитные моменты, одинаковые спины и
изотопические спины, а также одинаковые остальные квантовые числа, приписываемые
элементарным частицам для описания закономерностей их взаимодействия (лептонное число,
барионнос число, странность, очарование и т. д.). До 1956 г. считалось, что имеется полная
симметрия между частицами и античастицами, т. е. если какой-то процесс идет между
частицами, то должен существовать точно такой же (с теми же характеристиками) процесс
между античастицами. Однако в 1956 г. доказано, что подобная симметрия характерна только
для сильного и электромагнитного взаимодействий и нарушается для слабого.
Согласно теории Дирака, столкновение частицы и античастицы должно приводить к их
взаимной аннигиляции, в результате которой возникают другие элементарные частицы или
фотоны. Примером тому является реакция аннигиляции пары электрон — позитрон:
0
0
1
1
2
e
e
.
После того как предсказанное теоретически существование позитрона было подтверждено
экспериментально, возник вопрос о существовании антипротона и антинейтрона. Расчеты
показывают, что для создания пары частица — античастица надо затратить энергию,
превышающую удвоенную энергию покоя пары, поскольку частицам необходимо сообщить
весьма значительную кинетическую энергию. Для создания
p
p
-пары необходима энергия
примерно 4,4 ГэВ. Антипротон был действительно обнаружен экспериментально (1955) при
рассеянии протонов (ускоренных на крупнейшем в то время синхрофазотроне
Калифорнийского университета) на нуклонах ядер мишени (мишенью служила медь), в
результате которого рождалась пара
p
p
.
Антипротон отличается от протона знаками электрического заряда и собственного
магнитного момента. Антипротон может аннигилировать не только с протоном, но и с
нейтроном:
0
p
p
,
(17.3)
0
0
0
p
p
,
(17.4)
0
0
p
n
.
(17.5)
Годом позже (1956) на том же ускорителе удалось получить антинейтрон и осуществить
его аннигиляцию. Антинейтроны возникали в результате перезарядки антипротонов при их
движении через вещество. Реакция перезарядки протона р состоит в обмене зарядов между
нуклоном и антинуклоном и может протекать по схемам
p
p
n
n
,
(17.6)
0
p
p
n n
.
(17.7)
Антинейтрон отличается от нейтрона n знаком собственного магнитного момента. Если
антипротоны - стабильные частицы, то свободный антинейтрон, если он не испытывает
аннигиляции, в конце концов претерпевает распад по схеме
1
1
0
0
0
1
1
0
e
n
p
e
v
.
Античастицы были найдены также для π
Достарыңызбен бөлісу: