Просмотр кода страницы Аннигиляция

{{другие значения|Аннигиляция (значения)}}
'''Аннигиля́ция''' ({{lang-la|annihilatio}} — «полное уничтожение; отмена») — реакция превращения [[элементарная частица|частицы]] и [[античастица|античастицы]] при их столкновении в какие-либо иные частицы, отличные от исходных.

== Характеристика ==
Наиболее изученной является аннигиляция электрон-позитронной пары. При низких энергиях сталкивающихся [[электрон]]а и [[позитрон]]а, а также при аннигиляции их связанного состояния — [[позитроний|позитрония]] — эта реакция аннигиляции даёт в конечном состоянии два или три [[фотон]]а, в зависимости от ориентации [[спин]]ов электрона и позитрона. При энергиях порядка нескольких [[электронвольт|МэВ]] становится возможной и многофотонная аннигиляция электрон-позитронной пары. При энергиях порядка сотен МэВ в процессе аннигиляции электрон-позитронной пары рождаются в основном [[адрон]]ы.

Изучалась также и аннигиляция [[нуклон]]-антинуклонной пары (например, [[антипротон]]а с [[протон]]ом или [[нейтрон]]ом). В действительности, при взаимодействии антинуклонов с нуклонами (и вообще антиадронов с [[адрон]]ами) аннигилируют не сами адроны, а входящие в состав адронов антикварки и [[кварки]]. Более того, аннигилируют и кварк-антикварковые пары, входящие в состав ''одного'' адрона. Так, нейтральный [[пи-мезон]] {{math|π<sup>0</sup>}} состоит из квантовомеханической комбинации кварк-антикварковых пар {{math|''u{{overline|u}}''}} и {{math|''d{{overline|d}}''}}; его распад в два фотона происходит вследствие аннигиляции такой пары<ref name=khl/>.

Существуют не только ''электромагнитные'' процессы аннигиляции (как рассмотренные выше процессы аннигиляции электрон-позитронных и кварк-антикварковых пар в фотоны, а также распады нейтральных [[Векторные мезоны|векторных мезонов]] в лептонные пары, например распад [[ро-мезон]]а в электрон-позитронную пару), но также ''«слабая»'' и ''«сильная»'' аннигиляция, происходящая за счёт соответственно [[Слабое взаимодействие|слабого]] и [[Сильное взаимодействие|сильного]] взаимодействий. Примером слабой аннигиляции являются двухчастичные лептонные распады псевдоскалярных<ref>То есть обладающих нулевым спином и отрицательной чётностью: {{math|''J''<sup> π</sup> {{=}} 0<sup>−</sup>}}.</ref> заряженных мезонов (такие как {{math|[[каон|''K''<sup> +</sup>]] → [[мюон|μ<sup>+</sup>]][[мюонное нейтрино|ν<sub>μ</sub>]]}}), обусловленные аннигиляцией входящих в состав мезонов кварк-антикварковых пар в [[Виртуальные частицы|виртуальный]] [[Промежуточный векторный бозон|векторный бозон]] {{math|''W''<sup> ±</sup>}}, который затем распадается в пару из заряженного и нейтрального лептонов (для вышеприведённого примера с положительным К-мезоном: {{math|[[каон|''K''<sup> +</sup>]] (''u{{overline|s}}'') → ''W''<sup> +</sup> <sub>(вирт.)</sub> → [[мюон|μ<sup>+</sup>]][[мюонное нейтрино|ν<sub>μ</sub>]]}}). При высоких энергиях наблюдаются также процессы слабой аннигиляции [[фермион]]-антифермионной (то есть кварк-антикварковой или [[лептон]]-антилептонной) пары в реальный {{math|''W''<sup> ±</sup>}}- или {{math|''Z''<sup> 0</sup>}}-бозон, причём сечение слабой аннигиляции растёт с ростом энергии, в отличие от электромагнитной и сильной<ref name=khl/>.

Примером сильной аннигиляции являются некоторые распады [[Кварконий|кваркониев]], более тяжёлых, чем нейтральный пион ([[Джей-пси-мезон|{{math|''J''/ψ}}-мезон]], [[Ипсилон-мезон|{{math|ϒ}}-мезон]] и т. п.). Кварки в них могут аннигилировать с участием [[Сильное взаимодействие|сильного взаимодействия]] в два или три [[глюон]]а, в зависимости от суммарного [[спин]]а, хотя такие процессы обычно подавлены [[Правило Окубо — Цвейга — Иизуки|правилом Окубо — Цвейга — Иизуки]]<ref>{{ФЭ|автор=Герасимов С. Б. |статья=Цвейга правило|ссылка=http://femto.com.ua/articles/part_2/4489.html|т=5|с=418}}</ref>. Затем глюоны превращаются в кварк-антикварковые пары<ref name=khl/>.

Аннигилирующие частица и античастица не обязаны быть одного типа; так, доминирующий распад заряженного пи-мезона {{math|π<sup>+</sup> → [[мюон|μ<sup>+</sup>]][[мюонное нейтрино|ν<sub>μ</sub>]]}} обусловлен слабой аннигиляцией разнотипной пары кварков {{math|''{{overline|d}}u''}} в виртуальный {{math|''W''<sup> +</sup>}}-бозон, который затем распадается в пару лептонов<ref name=khl>{{ФЭ|автор=Хлопов М. Ю. |статья=Аннигиляция|ссылка=http://femto.com.ua/articles/part_1/0141.html|т=1|с=85—86}}</ref>. Рассматривается процесс аннигиляции положительного мюона с электроном, аналогичный аннигиляции позитрона с электроном. Этот процесс экспериментально пока не наблюдался, поскольку [[Лептонное число|закон сохранения лептонного числа]] не позволяет мюон-электронной паре (в отличие от позитрон-электронной пары) электромагнитно аннигилировать в фотоны и требует слабой аннигиляции в нейтрино. Например, в [[мюоний|мюонии]] — квазиатоме, состоящем из {{math|μ<sup>+</sup>}} и {{math|''e''<sup> −</sup>}}, — расчётная вероятность аннигиляции в пару нейтрино {{math|μ<sup>+</sup> + ''e''<sup> −</sup> → {{overline|ν}}<sub>μ</sub>ν<sub>e</sub>}} составляет лишь 6,6×10<sup>−12</sup> от вероятности обычного распада мюона<ref>{{статья|автор=Shkerin A. |заглавие=Muonium annihilation into {{math|ν<sub>e</sub>{{overline|ν}}<sub>μ</sub>}} and {{math|ν<sub>e</sub>{{overline|ν}}<sub>μ</sub>γ}}|издание=Phys. Rev. D |год=2013 |том=88 |выпуск=|страницы=013012 |ссылка=|doi=10.1103/PhysRevD.88.013012|arxiv=1306.0102|язык=en}}</ref>.

Процессом, обратным аннигиляции, является [[рождение пар]] частица-античастица. Так, рождение электрон-позитронной пары фотоном в [[Электромагнитное поле|электромагнитном поле]] [[Атомное ядро|атомного ядра]] является одним из основных процессов взаимодействия гамма-кванта с веществом при энергиях более 1 МэВ.

== Выделение энергии ==
Аннигиляция является методом перевода [[Энергия покоя|энергии покоя]] ''E''<sub>0</sub> частиц в [[Кинетическая энергия|кинетическую энергию]] продуктов реакции. При столкновении одной из [[Элементарная частица|элементарных частиц]] и её [[античастицы]] (например, [[электрон]]а и [[позитрон]]а) происходит их взаимоуничтожение, при этом высвобождается огромное количество энергии (согласно теории относительности, ''E'' = 2''E''<sub>0</sub> = 2''mc''², где ''E''<sub>0</sub> — энергия покоя, ''m'' — [[масса]] частицы, ''c'' — [[скорость света]] в вакууме).

=== Сравнение выделения энергий ===
Относительное выделение энергии при разных реакциях на равную массу вещества. Выделяющаяся энергия горения водорода в кислороде принята за 1.

[[Химическая энергия]]: O<sub>2</sub>/H<sub>2</sub> — 1.

[[Ядерная энергия|Энергия деления ядер]] [[Уран-235|урана-235]]: в {{число|5850000}} раз больше химической.

Энергия [[Управляемый термоядерный синтез|термоядерного синтеза]] при слиянии протонов в ядро [[Гелий|гелия]]: в 4,14 раза больше ядерной.

Энергия, выделяемая при аннигиляции E = mc², теоретически предельная для любых [[Экзотермические реакции|экзотермических процессов]]: в 264 раза больше энергии, выделяемой при термоядерном синтезе<ref>{{Cite web |url=http://nuclphys.sinp.msu.ru/antimatter/ant21.htm |title=Практическое использование антиматерии|lang=ru|access-date=2015-10-29 |archive-date=2015-12-31 |archive-url=https://web.archive.org/web/20151231032854/http://nuclphys.sinp.msu.ru/antimatter/ant21.htm |url-status=live }}</ref>.

По формуле ''E'' = 2''mc''² можно подсчитать, что при вступлении во взаимодействие 1 кг антиматерии и 1 кг материи выделится приблизительно 1,8{{e|17}} [[джоуль]] энергии, что эквивалентно энергии, выделяемой при взрыве 42,96 [[Тротиловый эквивалент|мегатонн]] [[тринитротолуол]]а. Самое мощное ядерное устройство из когда-либо взрывавшихся на планете, [[Царь-бомба]], соответствовало 57 [[Тротиловый эквивалент|мегатоннам]]. Приблизительно 50 % энергии, высвобождающейся при аннигиляции адронов (реакции пары нуклон-антинуклон), выделяется в форме [[нейтрино]], а последние при малых энергиях практически не взаимодействуют с веществом.

== Применение ==
В настоящее время применение аннигиляции в энергетических или военных целях невозможно, так как на данном этапе технологического развития не удаётся создать и удержать на достаточно долгое время нужное количество [[антивещество|антивещества]].

== См. также ==
* [[Аннигиляционное оружие]]

{{Родственные проекты|Викисловарь=аннигиляция}}
{{Родственные проекты|Викисловарь=аннигилятор}}

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
* [http://nature.web.ru/db/msg.html?mid=1169620 Аннигиляция]

{{rq|
{{нет источников|дата=2007-08-02}}
{{нет сносок|дата=2011-12-19}}
}}

[[Категория:Физика элементарных частиц]]
[[Категория:Антивещество]]