АНТИЧАСТИ́ЦЫ
-
Рубрика: Физика
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
АНТИЧАСТИ́ЦЫ, элементарные частицы, имеющие те же значения массы, спина и др. физич. характеристик, что и их двойники – частицы, но отличающиеся от них знаком некоторых характеристик (напр., электрич. заряда, магнитного момента, барионного числа). Сами названия «частица» и «А.» в известной мере условны: можно было бы назвать позитрон частицей, а электрон – А. Однако, поскольку атомы вещества в наблюдаемой нами Вселенной содержат электроны и протоны, для известных к нач. 1920-х гг. элементарных частиц – электрона и протона (а позднее и нейтрона) – было принято назв. «частица».
Вывод о существовании А. впервые сделан в 1930 П. Дираком. Он получил уравнение, описывающее поведение электрона (частицы со спином 1/2) не только при низких, но и высоких энергиях, и показал, что это уравнение обладает новой симметрией и описывает также поведение частицы с положительным зарядом – позитрона – с той же массой и спином, что и электрон. Из теории Дирака следовало, что столкновение частицы и А. должно приводить к аннигиляции, т. е. к исчезновению пары частица – А., в результате чего рождаются две (или более) др. частицы, напр. фотоны (см. Аннигиляция и рождение пар). В 1932 позитроны были экспериментально обнаружены в космич. лучах К. Андерсоном, что явилось блестящим подтверждением теории Дирака. С этого времени начались поиски других А. В 1936 в космич. лучах обнаружена ещё одна пара частица – А.: положительный и отрицательный мюоны ($μ^+$ и $μ^–$). В 1947 установлено, что мюоны космич. лучей возникают в результате распада более тяжёлых частиц – пи-мезонов ($π^+$ и $π^–$). В 1955 на ускорителе в Беркли (США) зарегистрирован антипротон, в 1956 – антинейтрон, а затем множество др. античастиц.
Существование и свойства А. определяются в соответствии с фундам. принципом квантовой теории поля – её инвариантностью относительно CPT-преобразований. Из $CPT$-теоремы следует, что масса, спин и время жизни частицы и её А. должны быть одинаковыми. Вследствие инвариантности относительно зарядового сопряжения ($C$-инвариантности) и пространственного отражения ($P$-инвариантности) сильного и электромагнитного взаимодействий ядра и атомы антивещества должны иметь идентичную структуру. По той же причине совпадает структура адронов и их А., причём в рамках кварковой модели состояния антибарионов описываются точно так же, как состояния барионов с заменой составляющих их кварков на соответствующие антикварки. Состояния мезонов и их А. отличаются заменой составляющих кварка и антикварка на соответствующие антикварк и кварк. Для истинно нейтральных частиц состояния частицы и А. совпадают.
В 1960-х гг. создана стандартная модель электрослабого взаимодействия, которая поразительно точно предсказала существование и свойства $W±$- и $Z$-бозонов, которые были открыты в 1983. Слабое взаимодействие не инвариантно относительно зарядового сопряжения и, следовательно, нарушает симметрию между частицами и их А. В 1964 обнаружено нарушение $CP$-инвариантности в распадах нейтральных $K$-мезонов.
В соответствии с моделями Великого объединения эффекты нарушения CP-инвариантности в неравновесных процессах с несохранением барионного числа могли привести в очень ранней Вселенной к барионной асимметрии Вселенной даже в условиях строгого начального равенства числа частиц и А. Из этого вытекает физич. обоснование отсутствия наблюдательных данных о существовании во Вселенной объектов из античастиц.