Antipartikula

Wikipedia(e)tik

Partikula bakoitzari masa berdina baina aurkako karga elektrikoa duen antipartikula bat dagokio. Partikula batzuk, fotoiaren antzera, bere antipartikularen berdina dira; partikula hauek karga elektrikorik ezin dute izan, baina honek ez du esan nahi karga neutroa duten partikula guztiak beren antipartikulen berdinak direla. Naturar legeak partikula eta antipartikulen artean izaera simetrikoa zuela pentsatzen zen, CP lege haustea saikuntzek denpora-itzulgarriaren simetria naturan hausten dela erakutsi arte.

Partikulak eta antipartikulak, quantum egoera zuzenean egon ezkero, bata bestea deuseztu daitezke. Gauregun partikula azeleraziogailuetan erabiltzen diren prozesuetan partikula eta antipartikula pareak sortzen dira. Prozesu hauek partikula berriak eta partikulen fisikari buruzko teoriak frogatzeko erabiltzen dira. Naturan antipartiulak energia haundiko prozesutan sor daitezke, izpi kosmikoak eta erreakzio nuklearrak kasu.

Antipartikula hitzez oinarrizko antipartikulak, oinarrizko antipartikulek sortutako antipartikula komposatuak (antihidrogenoa adibidez) eta hauetako biak konbinatuz sortzen diren elkarteak esagutzen dira.

Eduki-taula

1 Historia
- 1.1 Saiakuntzak
- 1.2 Zulo teoria
2 Partikula eta antipartikulen arteko deuseztaketa
3 Antipartikulen ezaugarriak
4 Quantum eremu teoria

[aldatu] Historia

[aldatu] Saiakuntzak

1932an, Paul Diracek positroia aurresan eta gero, Carl D. Andersonek izpi kosmikoen elkarjotzeak hodei kamara batean partikula hauek sortzen zituztela aurkitu zuen.

Antiprotoia eta antineutroia Emilio Segrè eta Owen Chamberlainek aurkitu zituzten 1955an Californiako Unibertsitatean. Harrezkeroz beste subatomiko partikulen antipartikulak partikula azeleraziogailuak erabiltzen dituzten saiakuntzetan sortu dira. Azken urteetan antiprotoiak eta positroiak erabiliz, antimateria atomoak eraiki dituzte.

[aldatu] Zulo teoria

Dirac ekuazioak quantum egoera negatiboak ditu emaitza posibletzat. Ondorioz, elektroi bat, energia erradiatu ezkero, energia negatiboko egoera batera mugitu liteke. Hare txarrago, energia erradiatuz jarraitu lezake, energia negatiboko egoerak infinitoak izango litzatekelako. Naturan hau gerta ezin denez, Dirac-ek urrena proposatu zuen: energia negatiboduneko elektroien "itxaso" batek unibertsoa betetzen du energia gutxieneko egoera guztiak betez eta beraz, Pauliren baztertze printzipioa jarraituz, beste elektroiek ezingo litzateke egoera hauetan sartu. Hala ere, batzuetan energia negatibodun partikula hauetako bat Dirac-en itxasoa utzi eta partikula positibo bilakatu litzateke, itxasoan "zulo" bat utziz. Zuloa energia positibodun elektroi baten antzera jarduten du, hau da, protoi baten antzera. Emaitza hauek 1930an "Protoi eta elektroien teoria" izenpean argitaratu ziren.

Dirac-ek, proposatutako teoriak unibertsoaren karga infinito negatiboa adierazten zuela ikusita, karga hau zero karga bezala hartzea erabaki zuen. Hala ere, oraindik elektroien eta protoien masa ezberdintasunak sortutako arazoak azaldu behar ziren. Dirac-en ustetan, itxasoak sortutako elkarekintza elektromagnetikoekin zerikusia zuen. Hermann Weylek georoago zulo teoria karga positibo eta negatiboen artean guztiz simetrikoa dela frogatu arren, oraindik dudak zeunden.

Bi fotoi sortzen dituen elektroi eta protoien deuseztaketa ere Dirac-ek iragarri zuen.

e + p → γ + γ

Materiaren desagerketa, ekuazio honetan oinarrituta azkarregi izango zela pentsatzen zuten Robert Oppenheimer eta Igor Tammek eta ondorioz 1931an Dirac-ek bere teoria aldatu eta positroia postulatu zuen, elektroiaren masa berdina baina kontrako karga duen partikula. Positroiaren postulatuak gorago aurkeztutako dudak argitu zituen.

Hala ere, unibertsoaren karga infinitoaren arazoa oraindik darrai. Gainera, bosonak ere artipartikulak dituzte, nahiz eta Pauliren baztertze printzipioa ez jarraitu eta beraz zulo teoria ezin aplikatu. Quantum teorian oinarritutako interpretazioak arazo hauek erantzuteko gai da.

[aldatu] Partikula eta antipartikulen arteko deuseztaketa

Partikula eta antipartikula quantum egoera egokian egon ezkero, bata bestea deuseztatu dezakete, partikula berriak sortuz, adibidez:

e⁺ + e^- → γ + γ (elektroi-positroi bikotearen deuseztapena bi fotoi sortuz)

Elektroi-positroi bikotearen deuseztaketa fotoi bakar bat sortuz, hau da,

e⁺ + e^- → γ

ezin da gertatu, energia eta momentua mantentzea ez bait da posible. Hau dela eta, aurkako prozesua ere ezin da gertatu. Hala ere, quantum eremu teoriak aurkako prozesu hau bitarteko quantum egoera bat bezala onartzen du baldin eta prozesua denpora zati hain txikian gertatatzea ze energia konserbazioaren printzipioa ziurgabetasun printzipioaz azaldu daitekeela. Beraz partikula bakarreko egoera quantum bat bi partikula eta aurkako egoereen artean fluktuatu dezake, bikote birtual baten sorrera edo deuseztaketa posiblea eginez. Prozesu hauek hutsaren teoria eta quantum eremu teorian garrantzi haundia dute, bai eta partikula neutroen nahasketan (kasu honetan azaldutako prozesuak masa bernormalizaketaren adibide korapilatsuak dira).

[aldatu] Antipartikulen ezaugarriak

Partikula eta antipartikula baten quantum egoerak karga konjugazio (C), parekotasun (P) eta denpora itzulgarria (T). Partikula baten quantum egoera (n) = |p,σ,n> bada, p momentua delarik eta σ J spinaren z-ardatzeko komponentea delarik,spina,

CPT |p,σ,n> = (-1)^J-σ |p,-σ,n^c

non n^c karga konjugazio egoera den, hau da, antipartikula. CPT barruan gertatzen den joera hau edo partikula eta dagokion antipartikula Poincare taldearen irudikapen sinplifikaezin berdinean daudela esatea berdina da. Partikula eta antipartikulen ezaugarriak bata bestearekin harremandu daitezke ideia honetan oinarrituta. T dinamika simetria ona bada,

T |p,σ,n> α |-p,-σ,n>

CP |p,σ,n> α |-p,σ,n^c>

C |p,σ,n> α |p,σ,n^c>,

non proportzionalitate zeinuak eskubitara egon litekeen fasea indikatzen duen. Hau da, bai partikulak zein antipartikulak hurrengoa izan behar dute:

masa berdina m
spin egoera berdina J
aurkako karga elektrikoak q eta -q.

[aldatu] Quantum eremu teoria

Atal honek quantum eremu teoria baten kuantizazio kanonikoaren ideia, hizkuntza eta idazkera aztertzen ditu

Elektroi eremu bat kuantizatu daiteke, deuseztaketa eta sorketa erabileak nahastu barik, baldin eta

ψ(x) = ∑_k u_k(x) a_k e^{-i E(k)t},

non k aurreko ataleko p eta σren zenbaki kuantikoak den, E(k) energiaren sinboloa eta a_k dagokien erabile deuseztatzailea. Ekuazioan fermionekin tratatzerakoan, erabileak antikonmutazio ekuazioak bete behar ditu. Baina, Hamiltonian hau idatzi ezkero:

H = ∑_k E(k) a⁺_k a_k,

H emaitza positiboa beharrez ez dela izan behar ikusi daiteke, E(k) edozein zeinu izan eta sorketa erabileak 1 edo 0ko balorea bakarrik izan dezaketelako.