§8.3 Электрондар және позитрондар

Қарапайым бөлшектердің алғашқы (бірінші) белгілі болғаны -электрондар. Оны заттың атом құрылымын зерттеу кезінде анықтаған болатын. Электрон қарапайым зарядқа ие болады, оның тыныштық массасы , импульс моменті (спині) , ал магниттік моменті Бор магнетонына немесе (8.3.1)

тең болады.

Таңбасының «минус» болу себебі, магниттік және механикалық моменттері бір-біріне қарама-қарсы бағытталған.

Электрон орнықты бөлшек, ол өздігінше бөлшектердің басқа түріне түрленбейді.

Теріс таңбалы электронмен қатар, оң зарядты электрондар да кездеседі, оны позитрон деп атаймыз, ол электронмен салыстырғанда антибөлшек. Позитронның массасы және заряды бар, ол абсолюттік шама жағынан электронның массасы мен зарядына тең. Позитрон спині , ал магниттік моменті Бор магнетонына шамалас. Позитрон вакуумда (бос кеңістікте) орнықты, ал зат ішінде ұзақ уақыт бола алмайды. Зерттеулер кезінде ол электронмен соқтығысқан болса, онда электрон - позитрондық жұбының аннигляция құбылысы орындалады, яғни электрон позитронға қосылғанда олар жойылады да, олардың орнына екі немесе одан да көп фотондар пайда болады, олар аннигляцияланған электрон мен позитронның массасы мен энергиясын тасымалдайды. Бұл бөлшектің басқа бөлшектерге түрлену процесі мынадай түрде орындалады:

(8.3.2)

Аннигляцияланғаннан кейін электрон және позитрон тығыз жұпталған бөлшекке айналады немесе оны виртуальды жұп деп атайды, оның байланыс энергиясы теріс − тең. Мұндағы - электронның тыныштық массасы. Осылай жұпталған бөлшектің массасы мен энергиясы байланыс заңы бойынша осындай жұп - теріс массаға (антимассаға) ие болады.

Электрон - позитрондық жұп жараланғанда - кері аннигляциялық құбылыс орындалады да, фотон энергиясы үлкен болады, сонымен қатар фотон атом ядросына жақын келеді, осыған байланысты виртуальды жұп фотон энергиясын жұтып энергиясы - тан артады да нақты жұпқа айналады, жараланған электрон мен позитронның әрқайсысы кинетикалық энергияға ие болып, әр жаққа бөлініп кетеді.

Қазіргі көзқарас бойынша аннигляцияланған теріс жұпталған бөлшектің энергиясы тұтас фон құрады, ол әлемдік кеңістікті толтырып тұрады. Осындай орта электрон - позитронды вакуум деп аталады. Осы антимасса гравитациялық әсерлесуде шешуші роль атқарады.

§8.4 Протондар және антипротондар

Заттың қарапайым бөлшегінің екінші негізгі түрі протондар мен антипротондар болып табылады. Протон (р) орнықты бөлшек (өздігінше басқа бөлшектерге ыдырамайды). Протонның ашылуы атом ядросының ашылуымен тығыз байланысты. Қарапайым бөлшек жүйесінде жұпталған протон - антипротондар, электрон - позитронның кері жұптары болып табылады. Егер позитрондар, яғни оң электрондар жараланғаннан кейін тез аннигляцияланып өз массасын және энергиясын фотонға берсе, ал жұпталған бөлшек (протон – антипротон) зат ішінде орнықты күйде болады да, протон оң зарядты иеленеді. Теріс зарядты протон вакуумда орнықты болғанымен зат ішінде тез аннигляцияланады, нәтижесінде мезондар,К-мезондар және қатқыл фотондар шығарады. Антипротон протонмен салыстырғанда антибөлшек болып табылады. Протон күрделі ядроның ерекше бір құрамды бөлігі болып сипатталады да, ол өзі сутегінің атом ядросы болып табылады. Нейтронмен қатар ол нуклон деп аталады. Электронмен бірге протон сутегінің бейтарап атомын құрады. Енді кері жүйені, яғни, антипротон - протон жүйесін қарастырсақ, онда олардың барлық қасиеттерінің (оптикалық, химиялық, магниттік және т. б.) ұқсастығы сутегі атомына сәйкес келеді. Бұл сутегінің антиатомы болып табылады. Егер де осындай антиатомдар және күрделі антиатомдар заттың көпшілік бөлігін құрайтын болса, онда электрондар мен протондар тез арада осы зат ішінде аннигляцияланады немесе антизаттар күйінде, яғни, еркін күйде ұзақ уақыт болады.

Протон массасы электрон массасынан 1836 есе артық немесе . Ал заряды оң, бірақ электрон зарядына тең. Антипротонның (р) массасы протон массасына тең, ал заряды шама жағынан да, таңбасы жағынан да электронға сәйкес.

Протон спині тең, магниттік моменті

Протон өте қолайлы бөлшек, оны кез келген үдеткіште үдету арқылы, ядролық реакцияларға қолданады.

Антипротонның магнит моменті шама жағынан протонның магнит моментіне тең, ал таңбасы теріс, яғни спинге қарама - қарсы бағытталған.

Синхрофазатронда энергиясы 6,2 Гэв- қа дейін үдетілген протон арқылы, мыс нысананы атқылау нәтижесінде антипротон анықталды.