Аннигиляция и рождение пар
Полезное
Смотреть что такое «Аннигиляция и рождение пар» в других словарях:
РОЖДЕНИЕ ПАР — частица античастица один из видов взаимопревращенияэлементарных частиц, в к ром в результате эл. магн. или к. л. др. взаимодействияодновременно возникают частица и античастица. Возможность Р. п. (как и аннигиляция пар)предсказывалась как… … Физическая энциклопедия
Пар рождение — см. Аннигиляция и рождение пар … Большая советская энциклопедия
РОЖДЕНИЕ ПАРЫ — частица античастица, один из видов взаимопревращения элем. ч ц, в к ром в результате эл. магн. или к. л. др. вз ствия одновременно возникают ч ца и античастица. Возможность Р. п. (как и аннигиляция пары) предсказывалась как следствие релятив.… … Физическая энциклопедия
Квантовая теория поля — Квантовая теория поля квантовая теория систем с бесконечным числом степеней свободы (полей физических (См. Поля физические)). К. т. п., возникшая как обобщение квантовой механики (См. Квантовая механика) в связи с проблемой описания… … Большая советская энциклопедия
Комптона эффект — комптон эффект, упругое рассеяние электромагнитного излучения на свободных электронах, сопровождающееся увеличением длины волны; наблюдается при рассеянии излучения малых длин волн рентгеновского и гамма излучения (См. Гамма излучение). В … Большая советская энциклопедия
Фотон — (от греч. phos, родительный падеж photós – свет) элементарная частица, квант электромагнитного излучения (в узком смысле – света). Масса покоя m0 Ф. равна нулю (из опытных данных следует, что во всяком случае m0 (4․10 21 mе, где mе –… … Большая советская энциклопедия
Комптоновская длина волны — величина размерности длины, характерная для релятивистских квантовых процессов; выражается через массу частицы т и универсальные постоянные h и с (h Планка постоянная, с скорость света): λ0 = h/mc. Название К. д. в. связано с тем, что… … Большая советская энциклопедия
Античастицы — группа элементарных частиц (См. Элементарные частицы), имеющих те же значения масс и прочих физических характеристик, что и их «двойники» частицы, но отличающихся от них знаком некоторых характеристик взаимодействий (например,… … Большая советская энциклопедия
Гамма-излучение — коротковолновое электромагнитное излучение. На шкале электромагнитных волн (См. Электромагнитные волны) оно граничит с жёстким рентгеновским излучением, занимая область более высоких частот. Г. и. обладает чрезвычайно малой длиной волны… … Большая советская энциклопедия
Что такое процесс аннигиляции рождения пар какие законы выполняются в этих процессах
В физике термин «аннигиляция» [буквально означающий «исчезновение», «уничтожение» (лат. annihilatio, от ad — к и nihil — ничто)] принят для наименования процесса, в котором частица и отвечающая ей античастица превращаются в электромагнитное излучение — фотоны или в другие частицы — кванты физического поля иной природы (см. Поля физические). Рождение пары — это обратный процесс, при котором в результате взаимодействия электромагнитных или других полей одновременно возникают частица и античастица. Например, при соударении электрона и его античастицы — позитрона — оба они могут исчезнуть, образовав два фотона (гамма-кванта); столкновение протона и антипротона может привести к их взаимоуничтожению, которое сопровождается одновременным появлением нескольких гораздо более лёгких частиц, квантов ядерного поля — пи-мезонов; гамма-квант, если он обладает достаточно большой энерги ей, может, взаимодействуя с электрическим полем атомного ядра, породить пару электрон-позитрон (см. рис.). Таким образом, речь идёт не об уничтожении или самопроизвольном возникновении материи, а лишь о взаимопревращениях частиц. Эти взаимопревращения управляются фундаментальными законами сохранения, такими, как законы сохранения энерги и и количества движения (импульса), момента количества движения, электрического заряда, числа лептонов, числа барионов и др. (см. Сохранения законы).
Возможность А. и р. п., как и само существование античастиц, была теор етически предсказана в 1930 английским физиком П. Дираком: они вытекали из развитой им теор ии электрона. В 1932 американский Физик К. Андерсон экспериментально доказал существование позитронов в космических лучах. В 1933 Ирен и Фредерик Жолио-Кюри с помощью Вильсона камеры,помещенной в магнитное поле, наблюдали рождение электрон-позитронных пар гамма-квантами от радиоактивного источника. В том же году были надёжно зарегистрированы случаи аннигиляции пар электрон-позитрон.
Современное истолкование А. и р. п. даёт квантовая теор ия поля.
Аннигиляция и рождение пар.
Аннигиляция и рождение пар.
Аннигиляция и рождение пар.
Аннигиляция и рождение пар частица-античастица.
Рождение пар, процесс обратный аннигиляции, в котором возникают пары частица-античастица (реальные или виртуальные). По закону сохранения энергии, для рождения реальной пары частиц требуется энергия, превышающая удвоенную массу частицы – минимальная энергия, называется порогом рождения пар. Для рождения реальной пары необходимо выполнение и других законов сохранения энергии. Например, законом сохранения импульса запрещено рождение в вакууме реальной электрон-позитронной пары или пары других массивных частиц одним фотоном. Единичный фотон в любой системе отсчёта несёт конечный импульс, а электрон-позитронная пара в собственной системе центра масс обладает нулевым импульсом. Почему виртуальные и реальные пары любых частиц могут появляться от единичного фотона и при нарушении закона сохранения энергии?
Аннигиляция электрон-позитронной пары – это процесс превращения электрона и позитрона в нейтральные электроны.
По современным представлениям в вакууме непрерывно рождаются и исчезают пары частиц–античастиц: электрон–позитрон, протон-антипротон, но это не соответствует действительности.
Знак полярности электростатического заряда является отличием элементарной частицы от её антипода – античастицы.
В физике термин «аннигиляция» принят для наименования процесса, в котором частица и отвечающая ей античастица якобы превращаются в электромагнитное излучение – фотоны или другие частицы, в кванты физического поля иной природы.
Рождение пары считают обратным процессом, при котором якобы в результате взаимодействия электромагнитных или других полей одновременно возникают частица и античастица. Например, при соударении электрона и позитрона считают, что оба исчезают, образовав два фотона (гамма-кванта).
Ошибочно считают, что столкновение протона и антипротона может привести к их взаимоуничтожению, которое сопровождается одновременным появлением нескольких гораздо более лёгких частиц, квантов ядерного поля.
Считают, что гамма-квант, если он обладает достаточно большой энергией, взаимодействуя с электрическим полем атомного ядра способен породить пару электрон-позитрон. Таким образом, в науке сложилось ложная теория о взаимопревращениях частиц.
Ошибочно считается, что взаимопревращения управляются фундаментальными законами сохранения, такими, как законы сохранения энергии и количества движения (импульса), момента количества движения, электрического заряда. Но это не так, структуры электрона и позитрона в результате аннигиляции сохраняются, они превращаются в нейтральные электроны!
Спин электрона (позитрона) – это неэлектростатический (не кулоновский) заряд, состоящий из последовательно расположенных элементарных электростатических (кулоновских) зарядов противоположного знака.
В спине нейтрального электрона последовательно взаимодействуют (подобие электрической батарее) равное количество элементарных электростатических зарядов противоположного знака полярности.
Электрон захватывает элементарный электростатический отрицательный заряд у позитрона в структуре спина нейтрона при рождении электрон-позитронной пары. Лишний (чужой) нечётный, электростатический элементарный отрицательный заряд в спине электрона проявляется электростатическим кулоновским полем электрона.
У позитрона в спине рождённого протона, напротив недостаёт одного элементарного электростатического заряда (захвачен электроном) Нечётный электростатический элементарный заряд позитрона в спине протона, проявляется электростатическим элементарным зарядом протона.
В процессе аннигиляции электрон-позитронной пары происходит нейтрализация (разряд) электростатических зарядов электрона и позитрона. Электрон отдаёт избыточный отрицательный, электростатический заряд позитрону.
Чётное количество электростатических, кулоновских зарядов в спинах электрона и позитрона превращает их в нейтральные электроны.
В нейтральном электроне существует мощный неэлектростатический заряд – спин, индуцирует непотенциальное электрическое поле. Силовые линии непотенциального электрического поля нейтрального электрона замкнуты, начинаются от отрицательного электрического полюса спина и заканчиваются на положительном полюсе спина.
В природе существуют три вида электронов: нейтральные электроны, электроны с отрицательным электростатическим зарядом и позитроны – электроны с положительным электростатическим зарядом.
В нейтральном электроне равное количество отрицательных и положительных элементарных электростатических зарядов в спине.
Почему учёные не смогли открыть нейтральный электрон практически? Теоретическое открытие, позволит «увидеть» нейтральные электроны в процессе аннигиляции и рождения электрон-позитронной пары.
Процесс передачи отрицательного элементарного электростатического заряда от электрона позитрону наблюдается в опытах «исчезновением» их и сопровождается в большинстве случаев излучением двух электромагнитных волн света – фотонов.
Энергия возбуждённых структур электрона и позитрона процессом нейтрализации электростатических зарядов, излучается в пространство электромагнитными волнами света – фотонами.
Аннигиляция – нейтрализация электростатических зарядов электрон-позитронной пары и превращение их в нейтральные электроны, делает их невидимыми в опытах или их принимают за другие частицы.
Нейтральные электроны не имеют электростатических (кулоновских) зарядов, но имеют мощный неэлектростатический заряд – спин, нейтрализованный замкнутыми силовыми линиями непотенциального электрического поля.
Непотенциальные электрические поля нейтральных электронов раскрываются в процессе образования электрон-позитронной пары и в других случаях. Следовательно, нейтральный электрон можно наблюдать в опытах, возмущённый неэлектростатический заряд – спин частицы, индуцирует электромагнитное поле.
Если во время аннигиляции, между электроном и позитроном случайно оказываются один или два нейтральных электрона, тогда они являются проводниками в цепи нейтрализации электростатических зарядов, возбуждаются и также излучают фотоны в пространство.
Спин нейтрона (протона) – это последовательное построение спинов электронов и позитронов в спиновой трубке нуклона. В спине нейтрона последовательно взаимодействуют 19 электронов и 19 позитронов (всего 38), электростатические заряды их взаимно нейтрализованы. Суммарный неэлектростатический заряд – спин нейтрона, в 38 раз превышает спин нейтрального электрона.
Выход электрона из нейтрона превращает нейтрон в протон, в спине протона проявляется электростатический заряд позитрона.
Когда, вместо электрона из спина нейтрона выходит позитрон, тогда в спиновой трубке образовавшегося антипротона остаётся один нечётный электростатический заряд электрона и, поэтому антипротон является носителем отрицательного электростатического заряда.
В процессе превращения в нейтроны, протон и антипротон освобождаются от электрона и позитрона. Равное количество электронов и позитронов в спиновых трубках превращает протон и антипротон в нейтральные нуклоны.
Какова природа происхождения элементарных электростатических (кулоновских) зарядов и неэлектростатических зарядов – спинов электронов и нуклонов?
Электрические и магнитные диполи.
В настоящее время в физике формируется принципиально новое направление научных исследований, связанное с изучением свойств и возможностей использования энергии физического вакуума. Это научное направление становится доминирующим в фундаментальной теоретической физике, и в прикладных науках способно привести к прорывным технологиям в энергетике и нанотехнологиях.
Абсолютные частицы вещества физического вакуума находятся в скрытом или в проявленном состоянии. Из проявленных поляризованных частиц вещества физического вакуума построены элементарные частицы электроны, нуклоны и их электрические, магнитные (электромагнитные), гравитационные поля.
Свойства материи определяются свойствами вакуумных конденсатов. В поляризованной материи конденсата космоса абсолютные частицы вещества физического вакуума не рождаются, всегда были и всегда будут существовать в скрытом или в проявленном состоянии. Абсолютные частицы вещества физического вакуума обладают гравитационной, инертной массой и электростатическим зарядом одного из знаков полярности. Силы притяжения между разнополярными электростатическими зарядами частиц образуют пары скрытых, нейтрализованных частиц в абсолютных нейтрино.
Абсолютные нейтрино физического вакуума – это первичные электрические диполи физического вакуума! Из абсолютных первичных электрических диполей физического вакуума построены электроны, нуклоны и их электромагнитные, гравитационные поля. Абсолютный электрический диполь с изменяющимся во времени дипольным моментом, из-за изменения расстояния между элементарными электростатическими зарядами, является источником электромагнитного излучения – превращается в абсолютный магнитный диполь.
Простейшая система зарядов частиц физического вакуума, имеющая не зависящий от выбора начала координат не нулевой дипольный момент – это абсолютный диполь-нейтрино, построенное из двух точечных частиц с одинаковыми по величине разноимёнными зарядами. Электрический дипольный момент абсолютного диполя по модулю равен произведению величины положительного заряда на расстояние между зарядами и направлен от отрицательного заряда к положительному.
Абсолютный электрический диполь, два равных по абсолютной величине разноимённых электростатических заряда, находящихся в контакте или на некотором расстоянии друг от друга. Основной характеристикой абсолютного электрического диполя является его дипольный момент – вектор, направленный от отрицательного электростатического заряда к положительному электростатическому заряду. Деление абсолютного электрического диполя на два монополя рождает электростатические (кулоновские) заряды противоположного знака полярности.
Из электрических монополей физического вакуума, рождаются первичные стабильные скопления частиц в «семёрках» гамма-коллапсара (Рис. 1). Гамма-излучение и рентгеновское излучение (гамма-лучи, γ-лучи, рентгеновские лучи) – это потоки наименьших элементарных стабильных частиц в природе – гамма-коллапсаров (коллапс – сжатие). Гамма-квантами являются элементарные стабильные частицы – гамма-коллапсары. Энергию потоков гамма-коллапсаров (гамма-излучения, рентгеновского излучения) ошибочно принимают за энергию потоков электромагнитных волн – жёстких фотонов.
Что такое процесс аннигиляции рождения пар какие законы выполняются в этих процессах
Релятивистская теория электрона была создана Дираком в 1928 г. Описание электрона в этой теории существенно иное, нежели в теории Шредингера. Поведение электрона описывается уже не одной волновой функцией, а четырьмя. Из теории Шредингера не следует существования спина электрона. Напротив, спин электрона является необходимым следствием теории Дирака. Успехи этой теории в описании многих явлений доказывают справедливость ее основных идей. Мы остановимся лишь на трактовке этой теорией противоречия, о котором мы сказали в предыдущем параграфе. Как объяснить существование множества обычных электронов? Как понять «нежелание» электронов переходить на более низкий уровень отрицательной энергии?
Принцип Паули не позволяет электрону переходить на более низкий уровень, если этот уровень заполнен двумя электронами с противоположными спинами. Привлечем этот принцип к интересующей нас проблеме. Решение будет получено, если мы предположим, что все состояния с отрицательной энергией заняты. Значит ли это, что все пространство заполнено сплошь электронами в состоянии с отрицательной энергией? Такой вывод как будто неизбежен. Теория Дирака привела к новому представлению о вакууме. Пустота получает в этой теории физические свойства. Она заполнена электронами в состоянии с отрицательной энергией и при этом заполнена ими беспредельно, поскольку нет предела уменьшения энергии к отрицательной бесконечности.
Посмотрим, какие явления способна объяснить и предсказать эта теория.
Если все состояния с отрицательной энергией заняты, то их существование удастся обнаружить лишь после того как благодаря полученной значительной порции энергии, во всяком случае большей 
электрон перейдет с нижнего уровня отрицательной энергии на верхний уровень. Такой процесс возможен с затратой двух фотонов. Возможен и другой вариант: один фотон, проходящий мимо атомного ядра тяжелого атома (которое обладает сильным электрическим полем), может отдать свою энергию на подъем
электрона с отрицательного на положительный уровень. Роль атомного ядра заключается в придании необходимого импульса.
В обоих этих случаях электрон «рождается». Но наряду с появлением электрона возникает «дырка» в состояниях с отрицательной энергией. Уход электрона, т. е. отрицательного заряда, приводит к тому, что дырка получает равный по величине положительный заряд. С другой стороны, отсутствие частицы с отрицательной энергией означает возрастание энергии. Следовательно, энергия дырки тем выше, чем больше ее импульс. Мы приходим к выводу, что «дырки» должны вести себя так, как положительно заряженные электроны с положительной энергией. За исключением знака заряда, поведение положительного электрона (позитрона) не должно чем-либо отличаться от поведения и законов движения обычного электрона.
Позитрон и электрон «рождаются» в виде пары за счет энергии фотонов. Возможен и обратный процесс — аннигиляция, заключающийся в превращении встретившихся электрона и позитрона в два фотона или в один фотон, если аннигиляция происходит вблизи тяжелого атомного ядра.
Понятно, почему позитроны не живут долго; они притягиваются электронами и при встрече пропадают. Но почему же не пропадают электроны? Просто по той причине, что их имеется избыток.
Может быть, возможно существование систем, где в избытке имеются позитроны и, следовательно, электроны неустойчивы? В таком предположении не содержится ничего бессмысленного.
Рождение пары и аннигиляция являются процессами, которые превосходно и в неограниченном числе наблюдаются в лаборатории. Если у-лучи с энергией больше 
проходят через тонкую металлическую фольгу, то легко наблюдать выбрасывание из фольги электронов, отклоняющихся в магнитном поле в противоположные стороны. Наблюдая за позитроном (о средствах наблюдения заряженных частиц см. § 207), мы обнаружим в некоторый момент его пропажу. Здесь позитрон соединился с электроном. При помощи современных счетчиков фотонов можно строго доказать, что одновременно из этого места в противоположные стороны направятся два фотона с энергиями порядка 
каждый.
Что такое процесс аннигиляции рождения пар какие законы выполняются в этих процессах
В отличие от аннигиляции при низких энергиях сталкивающихся частиц, когда в процессе аннигиляции пара частица-античастица превращается в более легкие частицы, при высоких энергиях легкие частицы могут аннигилировать с образованием более тяжелых частиц (при условии, что полная энергия аннигилирующих частиц превышает порог рождения тяжелых частиц, равный в системе центра инерции сумме их энергий покоя ).
Аннигиляционное излучение в астрофизике. Наблюдение излучения, возникающего при аннигиляции позитронов и электронов, позволяет обнаружить во Вселенной области (объекты), где рождаются античастицы (позитроны), и определить физические характеристики таких областей.
В астрофизических условиях позитроны рождаются, как правило, релятивистскими. Когда они попадают в сравнительно холодную среду (с температурой 
— энергия покоя электрона), то из-за малой вероятности аннигиляции 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.
В отличие от двухфотонного, трехфотонное АИ, возникающее при аннигиляции ортопозитрония 3 
(образующегося в тех же процессах, что и парапозитроний 2 ). имеет непрерывный спектр, лежащий ниже 511 кэВ. Регистрация этого спектра (вместе с АЛ) позволяет оценить долю позитронов, аннигилирующих с образованием позитрония , и тем самым физической характеристики области аннигиляции.
АИ из области центра Галактики наблюдалось начиная с 1968 (аппаратурой, поднятой на баллонах на высоту