Античастицы и их аннигиляция

Электрон и позитрон – пример пары античастиц. Существование позитрона было теоретически предсказано в 1930 г. Дираком и подтверждено экспериментально в 1932 г. Андерсоном.

Практически у каждой частицы имеется античастица, обычно обозначаемая тем же символом, но с добавлением тильды над ним. У частицы и античастицы масса, время жизни и спин одинаковы. Остальные характеристики, в том числе электрический заряд и магнитный момент, равны по модулю, но противоположны по знаку. Примерами частиц и античастиц являются : протон p и антипротон , нейтрон n и антинейтрон , нейтрино и антинейтрино , электрон и позитрон .

Взаимодействие частицы и античастицы приводит к их аннигиляции. Термин «аннигиляция» переводится как «уничтожение», но, разумеется, его не следует трактовать буквально. В результате процесса аннигиляции электрона с позитроном рождается два (реже три) высокоэнергетических фотона (g-кванта):

причем энергия электронно-позитронной пары переходит в энергию фотонов. Появление в этом процессе не менее двух фотонов следует из закона сохранения импульса. Возможен и обратный процесс – рождение электронно-позитронной пары при взаимодействии g-квантов (фотонов) большой энергии (E_g>1,02 МэВ=2m_ec²) с веществом (ядром X):

Частица X необходима для того, чтобы выполнялись законы сохранения энергии и импульса.

Процессы возникновения и аннигиляции электронно-позитронных пар являются примером взаимосвязи различных форм материи: в этих процессах материя в форме вещества превращается в материю в форме электромагнитного поля, и наоборот.

G-излучение

g-излучение является жестким электромагнитным излучением, энергия которого испускается при переходах ядер из возбужденных энергетических состояний в основное или менее возбужденные состояния, а также при ядерных реакциях.

g-излучение не самостоятельный тип радиоактивности. Оно сопровождает процессы a- и b-распадов и не вызывает изменения заряда и массового числа ядер. g-излучение испускается дочерним (а не материнским) ядром, которое в момент своего образования оказывается возбужденным. Переход из возбужденного состояния ядра в основное происходит за время примерно 10^-13¸10^-14 с, что значительно меньше времени жизни возбужденного атома (»10^-8 с).

Спектр g-излучения линейчатый, что доказывает дискретность энергетических состояний атомных ядер.

g-излучение является столь коротковолновым, что его волновые свойства выражены весьма слабо, а на первый план выступают корпускулярные свойства. Поэтому g-излучение рассматривают как поток частиц - g-квантов.

g-кванты, обладая нулевой массой покоя, не могут замедляться в среде, поэтому при прохождении g-излучения сквозь вещество они либо поглощаются, либо рассеиваются им.

Основные процессы, сопровождающие прохождение g-излучения через вещество:

1) фотоэффект, или фотоэлектрическое поглощение g-излучения – испускание атомом вследствие поглощения g-кванта электрона с одной из внутренних электронных оболочек, которое сопровождается характеристическим рентгеновским излучением. Фотоэффект является преобладающим механизмом поглощения в области малых энергий g-квантов E_g>100 кэВ;

2) комптоновское рассеяние – основной механизм взаимодействия g-квантов с веществом при энергиях E_g»500 кэВ;

3) образование электронно-позитронных пар (при E_g>1,02 МэВ) – основной процесс взаимодействия g-квантов с веществом при E_g>10 МэВ.

Если энергия g-кванта превышает энергию связи нуклонов в ядре (7¸8 МэВ), то в результате поглощения g-кванта может наблюдаться ядерный фотоэффект – выброс из ядра одного из нуклонов, чаще всего нейтрона.