Античастицы

Античастицы были предсказаны в 1929 году английским физиком Полом Дираком, которому удалось объединить теории квантовой механики, электромагнетизма и относительности. Полученное им в 1928 году квантовое релятивистское уравнение движения электрона (уравнение Дирака) с необходимостью содержало решения с отрицательными энергиями. В дальнейшем было показано, что исчезновение электрона с отрицательной энергией следует интерпретировать как возникновение частицы (той же массы) с положительной энергией и с положительным электрическим зарядом, то есть античастицы по отношению к электрону. Дирак обнаружил, что у каждой субатомной частицы должен существовать "зеркальный двойник" с такой же массой, но с противоположным электрическим зарядом.

Античастицы были предсказаны в 1929 году английским физиком Полом Дираком

Когда частицы и их античастицы сталкиваются, они уничтожают друг друга (аннигилируют). Тогда электрические заряды нейтрализуются, а их массы преобразуются в чистую энергию.

Античастицы электрона и протона астрономы обнаружили в космических лучах, идущих из дальнего космоса. Античастицы электрона называются позитронами, а антипротоны – просто антипротонами. Сейчас проводятся также эксперименты по поиску в космических лучах античастицы гелия. Физики смогли получить в лабораторных условиях античастицы и даже целые антиатомы, например, антиводород. Врачи используют античастицы для диагностирования и лечения рака.

Для некоторых нейтральных частиц античастица тождественно совпадает с частицей. Это, в частности, фотон, нейтральный пи-мезон, эта-мезон, хиггсовский бозон, Z-бозон, гравитон. Такие частицы называют истинно нейтральными. Подчеркнём, что электрически нейтральные частицы могут и не совпадать со своими античастицами. Это, в частности, касается нейтрона, нейтрино, нейтрального каона и т. д.

Все известные истинно нейтральные частицы – бозоны, однако в принципе могут существовать и истинно нейтральные фермионы.

Астрономы, изучавшие идущие из космоса гамма-лучи, наблюдали такую форму света, как аннигиляционное излучение. Когда электроны и их античастицы, позитроны, сталкиваются, они аннигилируют, и при этом выделяются гамма-лучи известной длины волны. Было обнаружено, что эти "сигнальные" лучи идут из нескольких мест нашей галактики, включая широкий район, находящийся в направлении центра Млечного Пути.

Если говорить о космических масштабах, то возникает вопрос: почему Вселенная содержит частицы в намного большем количестве, чем античастицы? В настоящее время проводятся эксперименты, чтобы выяснить, почему это так. Предположительно, в результате Большого взрыва образовалось одинаковое количество тех и других. Но, по крайней мере, мы знаем, что на решение этой проблемы у нас есть еще миллиарды лет, до того как Вселенная (и мы вместе с ней) закончим свой путь, какая бы судьба не была ей уготована.

Инструменты