В 1932 году американский физик Ка́рл Де́йвид А́ндерсон экспериментально открыл новую частицу, масса которой была равна массе электрона. Но хотя величина её заряда была такая же, как у электрона, заряд она имела положительный и по сути являлась антиэлектроном.
Частицу назвали позитроном.
Античастицы
Позитрон – первая открытая античастица.
Впоследствии оказалось, что не только электрон, но и практически каждая частица имеет свою античастицу. В 1955 г. был обнаружен антипротон, а в 1956 г. открыли антинейтрон.
Античастицами называют частицы-двойники других элементарных частиц. У них такая же масса и такой же спин, что и у частиц, но их заряды, электрические и цветовые, барионные и лептонные квантовые числа имеют противоположный знак.
Современная физика различает 2 класса элементарных частиц: фермионы и калибровочные бозоны. Фермионы – «кирпичи» материи. Бозоны – переносчики взаимодействий. В свою очередь фермионы делят на кварки и лептоны.
Кварки не могут существовать в свободном состоянии. Из них составлены адроны (мезоны и барионы). К барионам относятся протоны и нейтроны.
Лептоны, в отличие от кварков, существуют в свободном состоянии. Лептоны – точечные частицы. К ним относятся электроны, мюоны, тау-лептоны, нейтрино.
Калибровочные бозоны — частицы, посредством обмена которыми осуществляются взаимодействия. К калибровочным бозонам относятся:
фотон — частица, переносящая электромагнитное взаимодействие;
восемь глюонов — частиц, переносящих сильное взаимодействие;
три промежуточных векторных бозона W+, W− и Z0, переносящие слабое взаимодействие;
гравитон — частица, переносящая гравитационное взаимодействие. Она считается гипотетической, так её существование пока не доказано экспериментально.
Все элементарные частицы (кроме гравитона) и взаимодействия между ними объясняет физическая теория, называемая Стандартной моделью.
Античастица отдельной частицы – чаще всего это отдельная частица с противоположными характеристиками. Но некоторые частицы (электрически нейтральные) являются античастицами сами себе. К примеру, античастицей фотона является сам фотон. К таким частицам относятся также Z-частицы, глюоны и гравитоны. Исключением является нейтрон. Нейтрон и антинейтрон имеют разное число кварков и антикварков. Обычно античастица носит название частицы с приставкой «анти»: антинейтрино, антикварк. И только антиэлектрон называют позитроном.
Взаимные превращения частиц
Важное свойство элементарных частиц – способность к взаимным превращениям. Все частицы, и стабильные и нестабильные обладают этим свойством. Разница лишь в том, что превращения нестабильных частиц происходят самопроизвольно, а стабильных – только когда они взаимодействуют с другими частицами.
Исчезновение частиц при столкновении и их превращение в какие-либо другие частицы, отличные от исходных, называют аннигиляцией. Например, при аннигиляции электрона и позитрона они оба исчезают, но зато рождаются фотоны большой энергии.
е-10 + е+10 → 2γ00
Может протекать и обратный процесс – рождение электронно-позитронной пары, например, при столкновении фотона с большой энергией с ядром. При аннигиляции моюона и антимюона рождаются фотон и второй фотон (фотон сам себе является античастицей).
Античастицы обнаружены у всех частиц, даже у нейтрона. Нейтрон и антинейтрон отличаются только знаками магнитного момента и барионного заряда.
Ученые допускают, что наряду с веществом, ядра атомов которого состоят из нуклонов (протонов и нейтронов), существует и антивещество. В состав его ядер входят антинуклоны (антипротоны и антинейтроны), а оболочка состоит из позитронов. Однако, в стабильной форме во Вселенной античастицы пока не обнаружены.