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  

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик Анри Пуанкаре, уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Однако такая постановка является внутренне противоречивой (виртуальные частицы ненаблюдаемы и их по произволу можно считать в одном случае отсутствующими, а в другом - присутствующими) и противоречащей релятивизму (то есть отрицанию эфира, так как при наличии таких частиц в вакууме релятивизм уже просто невозможен). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

НОВОСТИ ФОРУМА

Форум Рыцари теории эфира


Рыцари теории эфира
 21.09.2020 - 07:58: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров.
21.09.2020 - 07:52: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
21.09.2020 - 06:33: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров.
21.09.2020 - 06:32: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Амары Ельской - Карим_Хайдаров.
21.09.2020 - 06:05: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> ПРОБЛЕМА КРИМИНАЛИЗАЦИИ ЭКОНОМИКИ - Карим_Хайдаров.
21.09.2020 - 06:01: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ЗА НАМИ БЛЮДЯТ - Карим_Хайдаров.
20.09.2020 - 06:09: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Пламена Паскова - Карим_Хайдаров.
20.09.2020 - 06:03: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров.
19.09.2020 - 17:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> КОМПЬЮТЕРНО-СЕТЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров.
19.09.2020 - 06:44: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова - Карим_Хайдаров.
19.09.2020 - 06:24: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров.
19.09.2020 - 05:44: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
Bourabai Research Institution home page

Bourabai Research - Технологии XXI века Bourabai Research Institution