Антычасціца

Антычасціца — часціца-двайнік некаторай іншай элементарнай часціцы, якая валодае той жа масай і тым жа спінам, але адрозніваецца ад яе знакамі ўсіх іншых характарыстык узаемадзеяння (зарадаў, такіх як электрычны і каляровы зарады, барыённы і лептонны квантавыя лікі).

Само азначэнне таго, што называць «часціцай» у пары часціца-антычасціца, у значнай меры ўмоўна. Аднак пры дадзеным выбары «часціцы» яе антычасціца вызначаецца адназначна. Захаванне барыённага ліку ў працэсах слабага ўзаемадзеяння дазваляе па ланцужку распадаў барыёнаў вызначыць «часціцу» ў любой пары барыён-антыбарыён. Выбар электрона як «часціцы» ў пары электрон-пазітрон фіксуе (з прычыны захавання лептоннага ліку ў працэсах слабага ўзаемадзеяння) вызначэнне стану «часціцы» ў пары электронных нейтрына-антынейтрына. Пераходы паміж лептонамі розных пакаленняў (тыпу ${\displaystyle \mu \rightarrow e}$) не назіраліся, так што вызначэнне «часціцы» у кожным пакаленні лептонаў, наогул кажучы, можа быць выраблена незалежна. Звычайна па аналогіі з электронам «часціцамі» называюць адмоўна зараджаныя лептоны, што пры захаванні лептоннага ліку вызначае адпаведныя нейтрына і антынейтрына. Для базонаў паняцце «часціца» можа фіксавацца вызначэннем, напрыклад, гіперзараду.

Існаванне антычасціц

Існаванне антычасціц было прадказана П. А. М. Дзіракам. Атрыманае ім у 1928 годзе квантавае рэлятывісцкае ўраўненне руху электрона (ураўненне Дзірака) з неабходнасцю ўтрымлівала рашэнні з адмоўнымі энергіямі. У далейшым было паказана, што знікненне электрона з адмоўнай энергіяй варта інтэрпрэтаваць як ўзнікненне часціцы (той жа масы) з станоўчай энергіяй і з станоўчым электрычным зарадам, г. зн. антычасціцы ў адносінах да электрона. Гэтая часціца — пазітрон — была адкрыта ў 1932 годзе.

У наступных эксперыментах было ўстаноўлена, што не толькі электрон, але і ўсе астатнія часціцы маюць свае антычасціцы. У 1936 годзе ў касмічных прамянях былі адкрыты мюон (μ^-) і μ⁺ яго антычасціца, а ў 1947 — π^- і π⁺-мезоны, якія складалі пару часціца-антычасціца; ў 1955 у вопытах на паскаральніку зарэгістраваны антыпратон, у 1956 — антынейтрон і г. д. Да цяперашняга часу назіраліся антычасціцы практычна ўсіх вядомых часціц, і не выклікае сумневу, што антычасціцы маюцца для ўсіх часціц.

Сапраўдныя нейтральныя часціцы

Для некаторых нейтральных часціц антычасціца тоесна супадае з часціцай. Гэта, у прыватнасці, фатон, нейтральны пі-мезон, эта-мезон і іншыя кварконіі, хігсаўскі базон, Z-базон, гравітон. Такія часціцы называюць сапраўднымі нейтральнымі. Падкрэслім, што электрычна нейтральныя часціцы могуць і не супадаць са сваімі антычасціцамі. Гэта, у прыватнасці, тычыцца нейтрона, нейтрына, нейтральнага каона і г. д.

Усе вядомыя сапраўдныя нейтральныя часціцы — базоны, аднак у прынцыпе могуць існаваць і сапрўдныя нейтральныя ферміёны.

Асцыляцыі

Калі які-небудзь з квантавых лікаў з электрычна нейтральнай часціцы не захоўваецца строга, то магчымыя пераходы (асцыляцыі) паміж станамі часціцы і яе антычасціцы. У гэтым выпадку станы з пэўным квантавым лікам, які не захоўваецца поўнасцю, не з'яўляюцца ўласнымі станамі аператара энергіі-імпульсу, а ўяўляюць сабой суперпазіцыі сапраўдных нейтральных станаў з пэўнымі значэннямі масы. Падобная з'ява можа рэалізоўвацца ў сістэмах ${\displaystyle \nu -{\overline {\nu }}}$, ${\displaystyle n-{\overline {n}}}$, ${\displaystyle K_{0}-{\overline {K_{0}}}}$ і т. п.

Нараджэнне і анігіляцыі

Нараджэнне антычасціцы адбываецца ў сутыкненнях часціц рэчыва, разагнаных да энергій, якія пераўзыходзяць парог нараджэння пары часціца-антычасціца (гл. Нараджэнне пар). У лабараторных умовах антычасціцы нараджаюцца ва ўзаемадзеянні часціц на паскаральніках; захоўванне антычасціц ажыццяўляюць у назапашваючых кольцах пры высокім вакууме. У натуральных умовах антычасціцы нараджаюцца пры ўзаемадзеянні першасных касмічных прамянёў з рэчывам, напрыклад, атмасферы Зямлі, а таксама павінны нараджацца ў ваколіцах пульсараў і . Тэарэтычная астрафізіка разглядае ўтварэнне антычасціцы (пазітронаў, антынуклонаў) пры акрэцыі рэчыва на чорныя дзіркі. У рамках сучаснай касмалогіі разглядаюць нараджэнне антычасціц пры выпарэнні першасных чорных дзірак малой масы. Пры тэмпературах, якія перавышаюць энергію спакою часціц дадзенага гатунку (у энергетычнай сістэме адзінак), пары часціца-антычасціца прысутнічаюць у раўнавазе з рэчывам і электрамагнітным выпраменьваннем. Такія ўмовы могуць рэалізоўвацца для пар электрон-пазітрон у гарачых ядрах масіўных зорак. Паводле тэорыі гарачага Сусвету, на вельмі ранніх стадыях пашырэння Сусвету ў раўнавазе з рэчывам і выпраменьваннем знаходзіліся пары часціца-антычасціца ўсіх гатункаў. У адпаведнасці з мадэлямі вялікага аб'яднання эфекты парушэнні С- і CP-інварыянтнасці ў нераўнаважных працэсах з незахаваннем барыённага ліку маглі прывесці ў вельмі раннім Сусвеце да барыённай асіметрыі Сусвету нават ва ўмовах строгай пачатковай роўнасці ліку часціц і антычасціц. Гэта дае фізічнае абгрунтаванне адсутнасці наглядальных дадзеных аб існаванні ў Сусвеце аб'ектаў з антычасціц.

Пры сутыкненні часціцы са сваёй антычасціцай магчымая іх анігіляцыя.

Гл. таксама

• Барыённая асіметрыя Сусвету