Anihilace

Feynmanův diagram představuje anihilaci elektronu s pozitronem. Vzniká foton, který pak produkuje dvojici Kvark-Antikvark. Antikvark emituje Gluon

Anihilace je proces v částicové fyzice, který může nastat, když se setká částice se svou antičásticí.

Popis jevu

Při setkání částice s její antičásticí dochází k zániku obou částic a veškerá jejich klidová energie i kinetická energie se přemění na energii odnášenou nosiči polí (fotony, W a Z bosony …). Tato přeměna je úplná a původní částice při ní zcela zanikají. Protože částice odnášející energii mohou mít nulovou klidovou hmotnost, hovoří se nepřesně o anihilaci jako o úplné přeměně hmoty v energii. Nosiče polí odnášející uvolněnou energii se mohou dále rozpadat na jiné částice.

Při procesu anihilace se zachovává hmotnost (celková, nikoli klidová), energie, hybnost, elektrický náboj a další veličiny.

To, jaké částice při anihilaci vzniknou, závisí na energii anihilujících částic (energií je zde myšlena i energie uvolněná z klidové hmotnosti částic podle Einsteinova vztahu E = mc²). Při nízkých energiích mohou vzniknout pouze dva fotony, které se od místa interakce rozletí opačnými směry (oba se stejnou energií). Mohou vznikat také tři fotony, jejich energie však musí zaručovat zachování hybnosti soustavy.

Při vyšších energiích mohou vznikat např. páry lepton-antilepton nebo kvark-antikvark (kvarky neexistují jako volné částice, ale projevují se jako hadrony).

Vyšší energie anihilujících částic zvyšuje pravděpodobnost vzniku exotičtějších částic.

Příklad

Nejznámějším příkladem je anihilace elektronu a pozitronu, při které nejčastěji vzniká dvojice fotonů záření gama o energii 0,5MeV:

$e^- + e^+ \rightarrow 2 \gamma$

Pouze jeden foton nemůže vzniknout kvůli zákonu zachování energie a zákonu zachování hybnosti. Z tohoto důvodu se vzniklé fotony šíří z místa svého vzniku vzájemně opačnými směry.

Oba fotony mohou být zachyceny tzv. koincidenčními detektory a tím je dáno, že místo anihilace leží na přímce mezi nimi. Při zachycení více anihilací větším počtem detektorů je pak možno zjistit místo, kde k anihilacím dochází, v třírozměrném prostoru. To je mj. princip moderní lékařské zobrazovací metody, nazývané pozitronová emisní tomografie (PET).

Možnosti využití

Existují i teorie získávání elektrické energie pomocí anihilace. Tento proces by měl 100% účinnost a 100% energetický zisk. Navíc by vůbec nezhoršoval stav životního prostředí. Největším problémem je fakt, že k získání antihmoty je nutný výkonný urychlovač částic (např. takový, který mají v CERNu). Při vyvolání extrémně silného magnetického pole je pak možné urychlit částice a získat miniaturní množství antihmoty. Otázkou zůstává, jak tuto antihmotu izolovat, protože reaguje s čímkoli a jak získat její větší množství. Navíc získaní antihmoty je zatím proces energeticky mnohem náročnější než zisk energie při anihilaci.

Související články

• Elementární částice
• Částice
• Antičástice

Externí odkazy

• Radomír Šmída:Nadbytek elektronů a pozitronů v kosmickém záření Vesmír 88, květen 2009