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. 111995-64.jpg и 111995-65.jpg при суммарном спине сталкивающихся частиц J=0 испускается (вследствие закона сохранения зарядовой чётности в эл--магн. взаимодействии) чётное число 111995-66.jpg-квантов (практически два), а при J=1 - нечётное (практически три; А. в один фотон запрещена законом сохранения энергии-импульса). Образование большого числа111995-67.jpg-квантов подавлено из-за малости константы 111995-68.jpg , характеризующей интенсивность протекания эл--магн. процессов. Если относит. скорость е+ и е- невелика, А. с большой вероятностью происходит через образование промежуточного связанного состояния 111995-69.jpg - 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 111995-70.jpg-мезонов) вызывается сильным взаимодействием. При малой относит. скорости р и111995-71.jpg 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 111995-72.jpg наблюдаются процессы А.:

111995-73.jpg(1), (2)

В низшем порядке теории возмущений квантовой электродинамики процесс (1) описывается аннигиляцион-ной Фейнмана диаграммой с виртуальным фотоном111995-74.jpg (см. Виртуальные частицы)в промежуточном состоянии (рис., а). Процесс (2) происходит также через виртуальный фотон (рис., б); по совр. представлениям, в этом случае 111995-75.jpg переходит в пару быстрых кварка (q)и антикварка 111995-76.jpg (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 111995-77.jpg в адрон и его античастицу (напр., в пару 111995-78.jpg , К+ К-, барион-антибарион) дополнительно подавлен формфактором адрона (уменьшающимся с ростом Q2). Согласно квантовой хромодинамике, возможен также процесс А. е+е- в пару111995-79.jpg с испусканием глюона (g)высокой энергии (рис., г); в этом случае в конечном состоянии должны наблюдаться трёхструйные события.

111995-80.jpg

Отношения (R)сечений процессов электрон-позитронной А. (2) и (1) равно сумме квадратов электрич. зарядов всех образующихся при А. кварков. Когда энергия пары 111995-81.jpg становится выше порога рождения частиц нового сорта - тяжёлых лептонов 111995-82.jpg или частиц, в состав к-рых входят тяжёлые кварки с, b, значение R возрастает на величину, соответствующую вкладу новых фундам. частиц. В экспериментах по111995-83.jpg-А. наблюдается резонансное образование кваркониев - тяжёлых истинно нейтральных мезонов 111995-84.jpg и др., интерпретируемых как связанные состояния соответственно 111995-85.jpg. 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.111995-86.jpg в адроны образуются преим. мезоны. Однако с ростом энергии сталкивающихся частиц наблюдается значит. повышение выхода пар ба-рион-антибарион в инклюзивных процессах 111995-87.jpg 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. 111995-88.jpg образуется виртуальный фотон111995-89.jpg, распадающийся на пару лептонов е+е- или 111995-90.jpg . 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 111995-91.jpg- 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 пар111995-92.jpg или адронных струй). При энергии в системе центра инерции пары111995-93.jpg , 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., 111995-94.jpg ) обусловлены А. составляющих мезоны кварков-антикварков (111995-95.jpg) за счёт слабого взаимодействия, а распады нейтральных векторных мезонов (r°,w,j и др.) на лептонные пары (напр.,111995-96.jpg, 111995-97.jpg ) и распады псевдоскалярных нейтронных мезонов (111995-98.jpg) на два 111995-99.jpg-кванта -А. 111995-100.jpg за счёт эд--магн. взаимодействия. В распадах мезонов, в состав к-рых входит с- или b-кварк, процессы А. за счёт слабого взаимодействия, напр. 111995-101.jpg (где l-лептон, 111995-102.jpg-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 электрона111995-103.jpg111995-104.jpg 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. 111995-105.jpg , 111995-106.jpg , 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 111995-107.jpg), должна была. происходить А. соответствующих частиц и античастиц в более лёгкие частицы.

Время жизни 111995-108.jpg античастиц (или частиц) относительно их А. с частицами (античастицами) обратно пропорционально концентрации частиц (античастиц). В расширяющейся Вселенной, когда 111995-109.jpg 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.

Аннигиляционное излучение в астрофизике. Наблюдение излучения, возникающего при А. позитронов и электронов, позволяет обнаружить во Вселенной области (объекты), где рождаются античастицы (позитроны), и определить физ. характеристики таких областей.

В астрофиз. условиях позитроны рождаются, как правило, релятивистскими. Когда они попадают в сравнительно холодную среду (с температурой 111995-110.jpg = =6*109 К, тс2= 511 кэВ - энергия покоя электрона), то из-за малой вероятности А. по сравнению с вероятностями процессов, приводящих к торможению позитронов (рассеяние на электронах и атомах, возбуждение и ионизация атомов), их большая часть успевает замедлиться до нерелятивистских энергий и лишь затем аннигилирует.

При двухфотонной А. нерелятивистских е+ и е-(наиб. распространённой в астрофиз. условиях) энергии образующихся фотонов 111995-111.jpg близки к энергии покоя электрона, т. е. спектр аннигиляц. излучения (АИ) имеет вид линии (аннигиляц. линия - АЛ). Это позволяет выделять АИ на фоне непрерывного спектра, возникающего при др. процессах. Смещение энергии аннигиляц. фотонов от значения 2 вызвана эффектом Доплера из-за движения центра масс аннигилирующей пары: 111995-112.jpg I, где V - проекция скорости центра масс на направление вылета фотона. Разброс скоростей V приводит к доплеровскому уширению АЛ. При А. термализов. позитронов с энергией 111995-113.jpg со свободными электронами плазмы (как прямой, так и с предварит. образованием позитрония Ps)разброс V является тепловым и ширина АЛ (на половине максимума) 111995-114.jpg = 0,011 Т1/2кэВ.

В отличие от двухфотонного, трёхфотонное АИ, возникающее при А. ортопозитрония 3Ps (образующегося в тех же процессах, что и парапозитроний 1Ps), имеет непрерывный спектр, лежащий ниже 511 кэВ. Регистрация этого спектра (вместе с АЛ) позволяет оценить долю позитронов, аннигилирующих с образованием позитрония Ps, и тем самым физ. характеристики области аннигиляции.

Спектр однофотонного АИ, существенного при наличии сверхсильного магн. поля (когда е+ и е- находятся на основном уровне, см. Циклотронная частота ),имеет вид асимметричной линии с резким обрывом в сторону меньших энергий от максимума при111995-115.jpg111995-116.jpg , где 111995-117.jpg- угол между направлением АИ и магн. полем. Угловое распределение излучения сильно вытянуто в плоскости, перпендикулярной магн. полю. Сильное магн. поле меняет также характеристики двухфотонного АИ. С увеличением поля (при111995-118.jpg1012 Гс) мощность и высота АЛ уменьшаются, линия становится асимметричной, сдвигается в сторону более высоких энергий и уширяется (превращаясь при111995-119.jpg1013 Гс в непрерывный спектр, лежащий ниже 111995-120.jpg, а направления вылета фотонов концентрируются к плоскости, перпендикулярной магн. полю.

АИ обнаружено в спектрах вспышек на Солнце, в излучении галактического центра и космич. гамма-всплесках.

Основные характеристики наблюдавшегося космического аннигиляционного излучения

Источник

Солнечные вспышки

Центр

Галактики

n- всплески

Максимальная интенсивность, фотон/(см2*с)

5*10-1

2*10-3

1

Светимость источника в аннигиляционной линии, эрг/с

2*1021

2*10''

1038 (D */1 кпк)2

Характерные времена, с

102- 103

107-108

0, 1-10

Ширина аннигиляционной линии, кэВ

<20

<3

~100

D * - расстояние до источника, кпк.

АИ солнечных вспышек наблюдалось на спутниках OSO-7 (США, 1972) и SMM (США, 1980, 1982). Аннигилирующие позитроны образуются, по-видимому, при распаде радиоакт. ядер и 111995-121.jpg-мезонов, возникающих при ядерных взаимодействиях ускоренных во вспышке ионов с солнечным веществом. Ширина АЛ (<20 кэВ) соответствует температуре в области аннигиляции Т<3*106 К, а зависимость АЛ от времени показывает, что плотность вещества в области аннигиляции <1014см-3.

АИ из области центра Галактики наблюдалось начиная с 1968 (аппаратурой, поднятой на баллонах на высоту ~40 км), затем на спутнике НЕАО-3 (США, с 1979). Интенсивность АЛ практически не менялась до нач. 1980, после чего менее чем за год упала ниже порога чувствительности детекторов. Малая ширина АЛ (111995-122.jpg2,5 кэВ в последних наблюдениях) означает, что АИ образуется термализов. позитронами в среде с 111995-123.jpg 5*104 К.

Переменность АИ накладывает ограничения на размер области аннигиляции (<1018 см) и концентрацию частиц N в ней (N<106 см-3). В отд. измерениях наряду с АЛ наблюдался, по-видимому, непрерывный спектр трёхфотонной аннигиляции 3Ps. Источник позитронов неизвестен. Предположительно позитроны генерируются в окрестности массивной аккрецирующей чёрной дыры, возможно имеющейся в центре Галактики.

Эмиссионные линии с максимумами при 111995-125.jpg350- 450 кэВ были обнаружены в спектрах неск. g-всплесков на АМС "Венера-11" - "Венера-14" (1978-83). Они интерпретируются как АЛ двухфотонного АИ, сдвинутые на 50-150 кэВ из-за гравитац. красного смещения в поле силы тяжести нейтронной звезды - источника g-всплеска. Сравнительная узость линий накладывает ограничения на температуры (кТ<50 кэВ) и магн. поля (В<1013 Гс) в области аннигиляции. Механизм образования позитронов неясен.

Литература по аннигиляции пары частица-античастица

  1. Берестецкий В. Б., Лифшиц Е. М., Питаевский Л. П., Квантовая электродинамика, 2 изд., М., 1980;
  2. Positron-Electron Pairs in Astrophysics, ed. by M. L. Burns, A. K. Harding, B. Ramaty, N. Y., 1983.

Г. Г. Павлов

к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

(время поиска примерно 20 секунд)

Знаете ли Вы, что электромагнитное и другие поля есть различные типы колебаний, деформаций и вариаций давления в эфире.

Понятие же "физического вакуума" в релятивистской квантовой теории поля подразумевает, что во-первых, он не имеет физической природы, в нем лишь виртуальные частицы у которых нет физической системы отсчета, это "фантомы", во-вторых, "физический вакуум" - это наинизшее состояние поля, "нуль-точка", что противоречит реальным фактам, так как, на самом деле, вся энергия материи содержится в эфире и нет иной энергии и иного носителя полей и вещества кроме самого эфира.

В отличие от лукавого понятия "физический вакуум", как бы совместимого с релятивизмом, понятие "эфир" подразумевает наличие базового уровня всей физической материи, имеющего как собственную систему отсчета (обнаруживаемую экспериментально, например, через фоновое космичекое излучение, - тепловое излучение самого эфира), так и являющимся носителем 100% энергии вселенной, а не "нуль-точкой" или "остаточными", "нулевыми колебаниями пространства". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
Рыцари теории эфира
 01.10.2019 - 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэйвида Дюка - Карим_Хайдаров.
30.09.2019 - 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 19:30: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
29.09.2019 - 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Михаила Делягина - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
26.09.2019 - 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
24.09.2019 - 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution