Vastakappaleparit

Vastakappaleparit ovat hiukkasen ja sen vastakappaleen muodostamia pareja. Näillä pareilla on sama massa, mutta monia kvanttilukuja on käänteinen tai vastakkainen: sähkövaraus, baryoniluku ja/tai leptoniluku sekä muut konserveeratut ominaisuudet ovat vastakkaisia. Parsityypit voivat olla varteenotettavasti sekä epävarjaisia (varjokappaleita) että vakaasti määriteltyjä antipartikkeleita.

Ominaisuudet ja käytännöt

Vastakappaleparit eroavat toisistaan muissa kohdissa vain kvanttilukujen konfiguraatiossa. Kun pari kohtaa toisiaan, ne voivat hävitä eli annגעlidia reaktiolla, jolloin niiden massat muuttuvat säteileväksi energiaksi, usein gamma-säteiksi tai muiksi bosoneiksi. Tämä ilmiö tunnetaan annihilaationa. Parien luominen tapahtuu monissa korkean energian prosesseissa, kuten hiukkas-kiihdyttimissä ja gammasäteilyn tai muun säteilyn vuorovaikutuksissa; myös varhaisessa maailmankaikkeudessa oli yleistä antipartikkelien tuotanto.

Esimerkkejä

Tunnetuin vasta- esimerkki on elektronin ja positronin pari (e− ja e+). Muita ovat protonin ja antiprotonin pari (p ja p̄) sekä eräät kaanon- ja mesoniparit, kuten K+-K− -pari. Ne voivat myös esiintyä neutraalien hiukkasten parina, joissa hiukkanen ja sen antipartikkeli ovat toisilleen vastakkaisia.

Merkitys

Vastakappaleparit ovat keskeisiä antimaterian tutkimuksessa, hiukkasfysiikan kokeissa ja kosmologiassa. Ne ovat välttämättömiä kuvaamaan säteilyä, tuotantoa ja annihilaatiota sekä antihiukkasista johtuvia ilmiöitä. Lääketieteessä positroniemissio-tomografia (PET) hyödyntää elektronin ja positronin annihilaatiosta syntyviä 511 keV fotoneja kuvanmuodossa. Ensimmäinen antipartikkeli, positroni, löytyi vuonna 1932; vastaavat käsitteet ovat olleet keskeisiä modernin fysiikan kehityksessä.

Historia

Antipartiikkien käsite syntyi Diracin yhtälöistä 1920-luvulla, ja positroni todettiin kokeellisesti 1932. Tämän jälkeen on havaittu lukuisia antipartiikkeja ja parien tuotantoa eri energioilla, mikä on syventänyt ymmärrystämme ainemäärän ja säteilyn vuorovaikutuksista sekä mahdollistanut sovelluksia sekä teoreettisen tutkimuksen kehittymisen.