fizika

Čestice i antičestice Svaka čestica ima svoju antičesticu. Naprimjer, antičestica elektronu je pozitron, neutronu je antineutrino, protonu je antiproton itd. Historija antičestica je počela 1928. godine, kada je engleski fizičar Pol Dirak teorijski predvidio da postoji antičestica elektronu. Diracova teorijska predviđanja eksperimentalno je potvrdio američki fizičar C. Anderson 1932. godine. On je otkrio novu antičesticu u sastavu kosmičkog zračenja, pomoću Wilsonove komore, gdje su se elektron i pozitron istovremeno pojavili i ostavili suprotno zakrivljene tragove. Crtež 1. Kreacija para elektron-pozitron

Obrazovanje ili kreacija para elektron-pozitron nastaje interakcijom y-fotona dobrovoljne energije sa snažnim nuklearnim poljem u blizini jezgre (crt. 1).). Pri tome se yfoton pretvara u par elektron-pozitron prema relaciji: 0 hv → e 01 +e−1 .

(1)

Kada elektron i pozitron međudjeluju, pretvore se u dva y-fotona (Crt. 2.). ova transformacija se simbolično piše kao: 0 e 01+ e−1 →2 hv ,

(2)

a naziva se poništenje ili anihilacija para elektron-pozitron. I u slučaju kreacije, i u slučaju anihilacije mora biti zadovoljena Einsteinova relacija o 2 ekvivalenciji mase i energije, E=mc . Masi mirovanja elektrona ili pozitrona odgovara energija: 2

E=mc 2=9,1∗10−31 kg∗( 3∗10 8 m/s ) =8,2∗10−14 J =0,51 MeV . To znači da se pri kreaciji para elektron-pozitron mora utrošiti energija od 1,02 MeV, odnosno, tolika najmanje mora biti energija fotona koji integrira sa nukleusom: hv ≥2 m c2=1,02 MeV . Višak energije y-fotona, preko 1,02 MeV, pretvara se u kinetičku energiju elektrona i pozitrona. Pri anihilaciji para oslobodi se ista tolika energija u obliku dva y-fotona. Dalja istraživanja su pokazala da svaka čestica ima svoju antičesticu. Od energije fotona zavisi koji se par čestica-antičestica može stvoriti. Minimalna energija potrebna za stvaranje para jednaka je zbiru energija mirovanja čestice i antičestice. Tako je antiproton

eksperimentalno dobiven 1955. godine, a antineutron godinu dana kasnije, 1956. godine. Antičestice su otkrivene i kod najtežih čestica, hiperona. Kod čestica i antičestica neke veličine su brojno jednake ali suprotne po znaku. Takve veličine karakteriziraju međudjelovanje čestica, i to su: električni naboj, magnetni moment, barionski i leptonski broj, stranost. Tako se pozitron koji jedini među antičesticama ima posebno ime, razlikuje od elektrona po znaku električnog naboja i leptonskog broja. Antiproton se razlikuje od protona po znaku električnog naboja i barionskog broja, antineutron od neutrona po znaku vlastitog magnetnog momenta i barinskog broja itd. Pri sudaru čestice i antičestice, dolazi do anihilacije ili transformacije u elektromagnetsko zračenje. Tako da nije teško pretpostaviti da bi u svijetu antimaterije umjesto atoma postojali antiatomi, čija bi jezgra bila izgrađena od antiprotona i antineutrona, a u omotaču bi se nalazili pozitroni. Za očekivati je da bi na isti način kao što se antičestice u interakciji sa odgovarajućim česticama anihiliraju uz oslobađanje energije, i antimaterija integrirala sa materijom. Zbog toga nije isključeno da se u bliskoj budućnosti u interakcijama materije i antimaterije otkriju neiscrpni izvori energije.