17. Физика элементарных частиц элементарными

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

жүктеу 0,98 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: