Antirészecske

azonos tömeggel, de ellenkező elektromos, gyenge és erős töltéssel rendelkező részecske

Mindenféle részecskének van egy megfelelő antirészecske párja azonos tömeggel, de ellenkező elektromos, gyenge és erős töltéssel. Néhány részecske esetén az antirészecske azonos a részecskével, ilyen a foton és a semleges pion. Az ilyen részecskéket valódi semleges részecskének hívjuk ellentétben például a semleges kaonokkal, ahol a kaon antirészecskéje nem azonos a semleges kaonnal. A valódi semleges részecskék minden kvantumszáma megegyezik az antirészecskéével.

KeletkezéseSzerkesztés

Részecske-antirészecske párok létrejöhetnek csupán energiából és eltűnhetnek úgy, hogy csak energia marad utánuk többnyire foton formájában. Létrejöhetnek magreakciókban és kozmikus sugárzás hatására. Az antianyag antirészecskékből – különösképpen antiprotonokból, antineutronokból és pozitronokból – az anyaghoz teljesen hasonló módon (antiatomokból stb.) felépülő rendszer.

Az antirészecskék létét Dirac jelezte előre, néhány évvel azelőtt mielőtt az elsőt – az elektron antirészecskéjét, a pozitront – felfedezték volna. Az ötlet abból jött, hogy a Dirac-egyenlet negatív energiájú állapotokat is megenged. Mivel az elektronok a legkisebb energiájú állapotokat keresik, ezért Dirac azt feltételezte, hogy ezek a negatív energiájú állapotok mind be vannak töltve ún. virtuális elektronokkal. Abban az esetben azonban, ha virtuális részecske felkerül pozitív energiájú állapotba, egy valódi részecske jelenik meg, és egy „lyuk” marad a helyén, ami ugyanúgy viselkedik, mint a valódi részecske, csak a töltése ellenkező.

Ez azonban csak egy szemléletes kép, és bozonokra nem is alkalmazható, hiszen azok esetén akárhány részecske lehet minden állapotban, ezért nem lehet egy részecske gerjesztésével lyukat kelteni. A problémára a pontos választ a relativisztikus kvantumtérelmélet matematikai objektumainak és a fizikai objektumoknak az egymással való helyes megfeleltetése adja meg. Röviden, a negatív energiájú állapot mellett ellenkező irányú időfejlődés is jelenik meg (a jövőből a múlt felé). A két anomáliát együtt helyreállítva egy jó irányba fejlődő, pozitív energiájú, az eredeti részecskével ellentétes töltésű – minden töltésre, nem csak az elektromosra – részecskét, azaz antirészecskét kapunk.

Az antirészecskék létezése a relativitáselmélet egyik térelméleti bizonyítéka.

Megismerésük történeteSzerkesztés

Az antirészecskékkel történő kísérletezés a ködkamrák korában indult, amelyekben a mozgó elektron (vagy pozitron) nyomot hagy maga mögött, amikor áthalad a gázon. A pozitronok nyoma a mágneses térben ellenkező irányba görbül, mint az elektronoké, így azt hitték, hogy ellenkező irányba haladó elektronok.

Az antirészecske ötlete Diractól származik. 1928-ban dolgozta ki az elektron relativisztikus egyenletét, a Dirac-egyenletet, majd ennek tulajdonságait vizsgálva 1930-ban publikálta elméletét az elektron antirészecskéjéről, amelyet pozitronnak nevezett el (Paul A.M. Dirac – Biography).

Ezt az első antirészecskét (a pozitront) Carl David Anderson fedezte fel 1932-ben, miközben a kozmikus sugárzás részecskéinek energia-eloszlását tanulmányozta (Carl D. Anderson – Biography).

Anyag-antianyag aszimmetriaSzerkesztés

Vajon mitől függ, hogy melyik részecskét nevezem antinak és melyiket nem? Az elektron, proton és neutron esetén kézenfekvő a helyzet. Egyszerűen azt nevezzük protonnak, amely a világegyetem körülöttünk levő részét alkotja és itt messze túlnyomó többségben van, amelyet a mi atomjaink is tartalmaznak, és azt antiprotonnak, amely ennek az ellenpárja. A másik kettőnél is ez a helyzet. A világegyetem egyik rejtélye, hogy miért van kevesebb az antianyagból – ezt barionaszimmetriának hívjuk, mert sérti a barionszám-megmaradást –, nem figyelhetők meg ugyanis nagy anyag-antianyag ütközések miatti hatalmas sugárzások. Ha pedig a világnak két egymástól jól elválasztott fele, egy anyagi és egy antianyagi létezne, akkor nem tudnánk megmagyarázni, hogyan jött ez a helyzet létre, hogyan tudott szétválni az anyag anélkül, hogy közben ne semmisült volna meg.

A magyarázatra több elmélet is létezik. Ezek az elméletek lényegében az ősrobbanást leíró részecskefizikai folyamatokon alapulnak.

Hétköznapi felhasználásaSzerkesztés

Jelenleg az antirészecskéket a pozitronemissziós tomográfban (PET) használják fel, hogy az elektron és a pozitron találkozásakor két ellentétes irányban haladó foton (gamma-sugárzás) keletkezik a lendületmegmaradás törvénye miatt. Cukorral olyan radioaktív atomokat vihetnek be a szervezetbe, amely pozitronokat hoz létre. Figyelve az egy időben megjelenő fotonokat, meghatározható, hogy az agy mely részébe épült be a cukor, vizsgálhatóak az agyfolyamatok, az agy aktív területei.

További információkSzerkesztés