Entsprechend den meisten Arten von Partikeln gibt es ein verbundenes Antiteilchen mit derselben Masse und entgegengesetzter elektrischer Anklage. Zum Beispiel ist das Antiteilchen des Elektrons das positiv beladene Antielektron oder Positron, der natürlich in bestimmten Typen des radioaktiven Zerfalls erzeugt wird.

Die Naturgesetze sind sehr fast in Bezug auf Partikeln und Antiteilchen symmetrisch. Zum Beispiel können ein Antiproton und ein Positron ein Antiwasserstoffatom bilden, das fast genau dieselben Eigenschaften wie ein Wasserstoffatom hat. Das führt zur Frage dessen, warum die Bildung der Sache nach dem Urknall auf ein Weltall hinausgelaufen ist, das fast völlig aus der Sache besteht, anstatt halb und halb Mischung der Sache und Antimaterie zu sein. Die Entdeckung der BEDIENUNGSFELD-Übertretung hat geholfen, Licht auf dieses Problem durch die Vertretung zu werfen, dass diese Symmetrie, ursprünglich vorgehabt, vollkommen zu sein, nur ungefähr war.

Paare des Partikel-Antiteilchens können einander vernichten, Fotonen erzeugend; da die Anklagen der Partikel und des Antiteilchens entgegengesetzt sind, Gesamtanklage erhalten wird. Zum Beispiel vernichten die Positrone, die im natürlichen radioaktiven Zerfall schnell erzeugt sind, sich mit Elektronen, Paare der Gammastrahlung, ein in der Positron-Emissionstomographie ausgenutzter Prozess erzeugend.

Antiteilchen werden natürlich im Beta-Zerfall, und in der Wechselwirkung von kosmischen Strahlen in der Atmosphäre der Erde erzeugt. Weil Anklage erhalten wird, ist es nicht möglich, ein Antiteilchen ohne jedes Zerstören einer Partikel derselben Anklage (wie im Beta-Zerfall) oder das Schaffen einer Partikel der entgegengesetzten Anklage zu schaffen. Der Letztere wird in vielen Prozessen gesehen, in denen sowohl eine Partikel als auch sein Antiteilchen gleichzeitig, als in Partikel-Gaspedalen geschaffen werden. Das ist das Gegenteil des Vernichtungsprozesses des Partikel-Antiteilchens.

Obwohl Partikeln und ihre Antiteilchen entgegengesetzte Anklagen haben, brauchen elektrisch neutrale Partikeln nicht zu ihren Antiteilchen identisch zu sein. Das Neutron wird zum Beispiel aus Quarken, dem Antineutron von Antiquarken gemacht, und sie sind von einander unterscheidbar, weil Neutronen und Antineutronen einander auf den Kontakt vernichten. Jedoch sind andere neutrale Partikeln ihre eigenen Antiteilchen, wie Fotonen, der hypothetische gravitons und einige SCHLAPPSCHWÄNZE. Diese können mit sich vernichten.

Geschichte

Experiment

1932, bald nach der Vorhersage von Positronen durch Paul Dirac, hat Carl D. Anderson gefunden, dass Kollisionen des kosmischen Strahls diese Partikeln in einem Wolkenraum - ein Partikel-Entdecker erzeugt haben, in dem bewegende Elektronen (oder Positrone) Spuren zurücklassen, als sie sich durch das Benzin bewegen. Das elektrische Verhältnis der Anklage zur Masse einer Partikel kann durch das Beobachten des Radius des Windens seiner Wolkenraum-Spur in einem magnetischen Feld gemessen werden. Positrone, wegen der Richtung, die ihre Pfade gelockt haben, waren zuerst für Elektronen falsch, die in der entgegengesetzten Richtung reisen. Positron-Pfade in einem Wolkenraum verfolgen denselben spiralenförmigen Pfad wie ein Elektron, aber rotieren in der entgegengesetzten Richtung in Bezug auf die magnetische Feldrichtung wegen, dass sie denselben Umfang des Verhältnisses der Anklage zur Masse, aber mit der entgegengesetzten Anklage und deshalb gegenüber unterzeichneten Verhältnissen der Anklage zur Masse haben.

Das Antiproton und Antineutron wurden von Emilio Segrè und Owen Chamberlain 1955 an der Universität Kaliforniens, Berkeley gefunden. Seitdem sind die Antiteilchen von vielen anderen subatomaren Partikeln in Partikel-Gaspedal-Experimenten geschaffen worden. In den letzten Jahren sind ganze Atome der Antimaterie aus Antiprotonen und Positronen gesammelt worden, die in elektromagnetischen Fallen gesammelt sind.

Loch-Theorie

Lösungen der Gleichung von Dirac haben negative Energiequant-Staaten enthalten. Infolgedessen konnte ein Elektron immer Energie und Fall in einen negativen Energiestaat ausstrahlen. Noch schlechter konnte es fortsetzen, unendliche Beträge der Energie auszustrahlen, weil es ungeheuer viele negative verfügbare Energiestaaten gab. Um diese unphysische Situation davon abzuhalten, zu geschehen, hat Dirac vorgeschlagen, dass ein "Meer" von Elektronen der negativen Energie das Weltall füllt, bereits alle Staaten der niedrigeren Energie besetzend, so dass, wegen des Ausschluss-Grundsatzes von Pauli, kein anderes Elektron in sie fallen konnte. Manchmal, jedoch, konnte eine dieser Partikeln der negativen Energie aus diesem Meer von Dirac gehoben werden, um eine Partikel der positiven Energie zu werden. Aber, wenn gehoben, würde es ein Loch im Meer zurücklassen, das genau wie ein Elektron der positiven Energie mit einem geführten R-Gespräch handeln würde. Diese hat er als "Elektronen der negativen Energie" gedolmetscht und hat versucht, sie mit Protonen in seiner 1930-Zeitung Eine Theorie von Elektronen und Protonen Jedoch zu identifizieren, diese "Elektronen der negativen Energie" haben sich erwiesen, Positrone und nicht Protone zu sein.

Dirac war des Problems bewusst, dass sein Bild eine unendliche negative Anklage für das Weltall einbezogen hat. Dirac hat versucht zu behaupten, dass wir das als der normale Staat der Nullanklage wahrnehmen würden. Eine andere Schwierigkeit war der Unterschied in Massen des Elektrons und des Protons. Dirac hat versucht zu behaupten, dass das wegen der elektromagnetischen Wechselwirkungen mit dem Meer war, bis Hermann Weyl bewiesen hat, dass Loch-Theorie zwischen negativen und positiven Anklagen völlig symmetrisch war. Dirac hat auch eine Reaktion +  + vorausgesagt, wo ein Elektron und ein Proton vernichten, um zwei Fotonen zu geben. Robert Oppenheimer und Igor Tamm haben bewiesen, dass das gewöhnliche Sache veranlassen würde, zu schnell zu verschwinden. Ein Jahr später, 1931, hat Dirac seine Theorie modifiziert und hat den Positron, eine neue Partikel derselben Masse wie das Elektron verlangt. Die Entdeckung dieser Partikel im nächsten Jahr hat die letzten zwei Einwände gegen seine Theorie entfernt.

Jedoch bleibt das Problem der unendlichen Anklage des Weltalls. Außerdem, wie wir jetzt wissen, bosons haben auch Antiteilchen, aber da bosons dem Ausschluss-Grundsatz von Pauli nicht folgen (nur fermions, tun), Loch-Theorie arbeitet für sie nicht. Eine vereinigte Interpretation von Antiteilchen ist jetzt in der Quant-Feldtheorie verfügbar, die beide diese Probleme behebt.

Vernichtung des Partikel-Antiteilchens

Wenn eine Partikel und Antiteilchen in den passenden Quant-Staaten sind, dann können sie einander vernichten und andere Partikeln erzeugen. Reaktionen solcher als +  + (die Zwei-Fotonen-Vernichtung eines Elektronpositron-Paares) sind ein Beispiel. Die Vernichtung des einzelnen Fotons eines Elektronpositron-Paares, + , kann im freien Raum nicht vorkommen, weil es unmöglich ist, Energie und Schwung zusammen in diesem Prozess zu erhalten. Jedoch im Ampere-Sekunde-Feld eines Kerns wird der Übersetzungsinvariance gebrochen, und Vernichtung des einzelnen Fotons kann vorkommen. Die Rückreaktion (im freien Raum, ohne einen Atomkern) ist auch aus diesem Grund unmöglich. In der Quant-Feldtheorie wird diesem Prozess nur als ein Zwischenquant-Staat seit Zeiten kurz genug erlaubt, dass die Übertretung der Energiebewahrung durch den Unklarheitsgrundsatz angepasst werden kann. Das öffnet den Weg für die virtuelle Paar-Produktion oder Vernichtung, in der ein Partikel-Quant-Staat in einen zwei Partikel-Staat und zurück schwanken kann. Diese Prozesse sind im Vakuumstaat und der Wiedernormalisierung einer Quant-Feldtheorie wichtig. Es öffnet auch den Weg für die neutrale Partikel, die sich durch Prozesse wie derjenige geschildert hier vermischt, der ein kompliziertes Beispiel der Massenwiedernormalisierung ist.

Eigenschaften von Antiteilchen

Quant-Staaten einer Partikel und eines Antiteilchens können durch die Verwendung der Anklage-Konjugation (C), Gleichheit (P), und Zeitumkehrung (T) Maschinenbediener ausgewechselt werden. Wenn den Quant-Staat einer Partikel (n) mit dem Schwung p, Drehung J anzeigt, dessen Bestandteil in der Z-Richtung σ ist, dann hat man

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wo n die Anklage verbundener Staat, d. h., das Antiteilchen anzeigt. Dieses Verhalten unter CPT ist dasselbe als die Behauptung, dass die Partikel und sein Antiteilchen in derselben nicht zu vereinfachenden Darstellung der Gruppe von Poincaré liegen. Eigenschaften von Antiteilchen können mit denjenigen von Partikeln dadurch verbunden sein. Wenn T eine gute Symmetrie der Dynamik, dann ist

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wo das Proportionalitätszeichen anzeigt, dass es eine Phase auf der rechten Seite geben könnte. Mit anderen Worten müssen Partikel und Antiteilchen haben

• dieselbe MassenM
• dieselbe Drehung der Staat J
• entgegengesetzte elektrische Anklagen q und-q.

Quant-Feldtheorie

Diese Abteilung zieht auf die Ideen, Sprache und Notation von kanonischem quantization einer Quant-Feldtheorie.

Man kann versuchen, ein Elektronfeld zu quanteln, ohne die Vernichtung und Entwicklungsmaschinenbediener zu mischen, indem man schreibt

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wo wir das Symbol k verwenden, um die Quantenzahlen p und den σ der vorherigen Abteilung und das Zeichen der Energie, E (k), und ein Anzeigen der entsprechenden Vernichtungsmaschinenbediener anzuzeigen. Natürlich, da wir uns mit fermions befassen, müssen wir die Maschinenbediener kanonische Antiumwandlungsbeziehungen befriedigen lassen. Jedoch, wenn man jetzt Hamiltonian niederschreibt

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dann sieht man sofort, dass der Erwartungswert von H nicht positiv zu sein braucht. Das ist, weil E (k) jedes Zeichen überhaupt haben kann, und die Kombination der Entwicklung und Vernichtungsmaschinenbediener Erwartungswert 1 oder 0 hat.

So muss man die Anklage verbundenes Antiteilchen-Feld, mit seiner eigenen Entwicklung und Vernichtungsmaschinenbedienern einführen, die die Beziehungen befriedigen

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wo k denselben p, und gegenüber σ und Zeichen der Energie hat. Dann kann man das Feld in der Form umschreiben

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wo die erste Summe über positive Energiestaaten und das zweite über diejenigen der negativen Energie ist. Die Energie wird

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wo E eine unendliche negative Konstante ist. Der Vakuumstaat wird als der Staat ohne Partikel oder Antiteilchen definiert, d. h., und. Dann ist die Energie des Vakuums genau E. Da alle Energien hinsichtlich des Vakuums gemessen werden, ist H bestimmt positiv. Die Analyse der Eigenschaften von a und b zeigt, dass man der Vernichtungsmaschinenbediener für Partikeln und anderer für Antiteilchen ist. Das ist eines fermion der Fall.

Diese Annäherung ist wegen Vladimir Focks, Wendell Furrys und Robert Oppenheimers. Wenn man ein echtes Skalarfeld quantelt, dann findet man, dass es nur eine Art des Vernichtungsmaschinenbedieners gibt; deshalb beschreiben echte Skalarfelder neutralen bosons. Da komplizierte Skalarfelder zwei verschiedene Arten von Vernichtungsmaschinenbedienern zulassen, die durch die Konjugation verbunden sind, beschreiben solche Felder beladenen bosons.

Feynman-Stueckelberg Interpretation

Indem

er die Fortpflanzung der negativen Energieweisen des Elektronfeldes rückwärts rechtzeitig gedacht hat, hat Ernst Stueckelberg ein bildliches Verstehen der Tatsache erreicht, dass die Partikel und das Antiteilchen gleiche MassenM haben und J, aber entgegengesetzte Anklagen q spinnen. Das hat ihm erlaubt, Unruhe-Theorie genau in der Form von Diagrammen umzuschreiben. Richard Feynman hat später eine unabhängige systematische Abstammung dieser Diagramme von einem Partikel-Formalismus gegeben, und sie werden jetzt Diagramme von Feynman genannt. Jede Linie eines Diagramms vertritt eine Partikel, die sich entweder rückwärts oder vorwärts rechtzeitig fortpflanzt. Diese Technik ist die weit verbreitetste Methode, Umfänge in der Quant-Feldtheorie heute zu schätzen.

Seitdem dieses Bild zuerst von Ernst Stueckelberg entwickelt wurde, und seine moderne Form in der Arbeit von Feynman erworben hat, wird es die Feynman-Stueckelberg Interpretation von Antiteilchen genannt, um beide Wissenschaftler zu ehren.

Siehe auch

• Gravitationswechselwirkung der Antimaterie
• Gleichheit, Anklage-Konjugation und Zeitumkehrungssymmetrie.
• BEDIENUNGSFELD-Übertretungen und die baryon Asymmetrie des Weltalls.
• Quant-Feldtheorie und die Liste von Partikeln
• Baryogenesis