АННИГИЛЯЦИЯ ПАРЫ

АННИГИЛЯЦИЯ ПАРЫ

       

частица-античастица, один из видов взаимопревращения элем. ч-ц. Термином «аннигиляция» (от позднелат. annihilatio, букв.— исчезновение, превращение в ничто) первоначально называли эл.-магн. процесс превращения эл-на 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. п. строго выполняются все законы сохранения, в т. ч. материя в этом процессе не уничтожается, а лишь превращается из одной формы в другую.

Возможность А. п., как и само существование античастиц, вытекала из релятив. Дирака уравнения. В 1932 в косм. лучах были обнаружены позитроны, а в 1933 — зарегистрированы случаи А. п. электрон-позитрон (е+ е-).

В процессе А. п. е+ и е- при нулевом суммарном спине сталкивающихся ч-ц (J=0) испускается вследствие закона сохранения зарядовой чётности чётное число g-квантов (практически два), а при J=1 — нечётное (практически три; А. п. в один фотон запрещена законом сохранения энергии-импульса). Образование большего числа g-квантов подавлено вследствие малости константы a (a»1/137), характеризующей интенсивность протекания эл.-магн. процессов. Если относит. скорость е+ и е- невелика, А. п. с большой вероятностью происходит через промежуточное связ. состояние е+ е-— позитроний.

Столкновение любой ч-цы с её античастицей может приводить к их аннигиляции, причём не только за счёт эл.-магн. вз-ствия. Так, А. п. p и p^ в p-мезоны вызывается сильным вз-ствием.

Если при низких энергиях процесс А. п. есть превращение пары частица-античастица в более лёгкие ч-цы, то при высоких энергиях лёгкие ч-цы могут аннигилировать с образованием более тяжёлых ч-ц. При этом полная энергия аннигилирующих ч-ц должна превышать порог рождения тяжёлых ч-ц, равный (в системе центра инерции) сумме их энергий покоя.

В экспериментах на установках со встречными пучками е+е- высокой энергии (:?1 ГэВ) наблюдаются процессы А. п. e++e-®m++m- (1) и е++е-® адроны (2). В низшем порядке теории возмущений квантовой электродинамики процесс (1) описывается аннигиляционной Фейнмана диаграммой с виртуальным фотоном (g*) в промежуточном состоянии (рис., а). Процесс (2) происходит также через виртуальный фотон (рис., б); по совр. представлениям, в этом случае g* переходит в пару быстрых кварка (q) и антикварка (q^) (рис., в), к-рые впоследствии (испуская при вз-ствии с вакуумом пары кварк-антикварк) превращаются в адроны. Образующиеся адроны сохраняют направление движения первичных кварка и антикварка, и в кон. состоянии наблюдаются две адронные струи (см., напр., рис. 3 в (см. КВАНТОВАЯ ХРОМОДИНАМИКА).

Согласно совр. теории сильного вз-ствия — квант. хромодинамике, с ростом энергии ч-ц возрастает вероятность процесса с испусканием глюона (g; рис., г) высокой энергии и в кон. состоянии должны наблюдаться также трёхструнные события. Отношение (R) сечений процессов электрон-позитронной А. п. (2) и (1) равно сумме квадратов электрич. зарядов: R=SQ2 всех образующихся при аннигиляции кварков. Когда энергия пары е+е= становится больше порога образования ч-ц нового сорта — тяжёлых заряж. лептонов или ч-ц, состоящих из тяжёлых кварков с, b, значение R возрастает на величину, соответствующую вкладу новых фундам. ч-ц.

Аннигиляция эл-нов и позитронов может происходить и через виртуальный Z0-бозон (см. ПРОМЕЖУТОЧНЫЕ ВЕКТОРНЫЕ БОЗОНЫ) слабого вз-ствия. Интерференция слабого и эл.-магн. вз-ствия вызывает эффекты нарушения пространств чётности в процессах А. п. е+ и е- или пары m+ m-. При (пока не достигнутой) энергии в системе центра инерции электрон-позитронной пары, равной массе (в энергетич. ед.) Z0-бозона, А. п. должна происходить резонансно — с превращением в реальный Z0-бозон.

По аналогии с электрон-позитронной аннигиляцией теоретически обсуждается возможный процесс А. п. лептонов — электронного антинейтрино

и эл-на (v^e+e-®v^m+m- или v^e+e-® адроны), вызываемый слабым вз-ствием. В распадах мезонов, в состав к-рых входит с- или b-кварк, процессы А. п. за счёт слабого вз-ствия, напр. cd^®sd^, cs^®vmm+, могут увеличивать вероятность распадов «очарованных» частиц и др. В экспериментах по е+е--аннигиляции наблюдается резонансное образование тяжёлых нейтр. мезонов (J/y), Y и др.), интерпретируемых как связ. состояния соотв. cc^, bb^. В квант. хромодинамике такие ч-цы описываются аналогично позитронию, поэтому, напр., cc^-систему называют чармонием. Распады чармония и др. подобных систем более тяжёлых кварков должны происходить за счёт аннигиляции кварка и антикварка (в зависимости от их суммарного спина) в два или три глюона. Процессы рождения пар m+ m-в адронных столкновениях при высоких энергиях могут вызываться эл.-магн. аннигиляцией кварка и антикварка.

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.