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湮没(核能术语)

湮没,即堙灭,是指当物质和它的反物质相遇时,会发生完全的物质-能量转换,转为能量(如以光子的形式)的过程,又称互毁、相消、对消灭。

湮灭(英语:annihilation)是指当物质和它的反物质相遇时,会发生完全的物质-能量转换,转为能量(如以光子的形式)的过程,又称互毁相消对消灭

其遵守爱因斯坦的质能关系式E=mc2。其中E为湮灭产生能量,m为参与的正物质和反物质湮灭前总静止质量,c为光速≈3x108米/秒。举例来说,二分之一克反物质湮灭所产生的能量大约与广岛市原子弹爆炸所产生的能量相当(即是一克反物质湮灭所产生的能量约为20-30千吨TNT当量,或者是大约200亿千卡)。

一个正电子和一个电子碰撞后湮灭,通过光子的形式释放能量,这一过程仍然满足电荷守恒定律,因为湮灭前后电荷总和保持为零。 [1]

电子对湮灭是指电子e和正子e+(电子的反粒子)碰撞后湮灭,产生伽马射线或是其他更高能量粒子的过程:

e+ e+→ γ + γ

此过程满足以下的守恒定律:

电荷守恒定律,反应前后的总电荷均为零。

动量及能量守恒,因此不允许产生单一个伽马射线。

角动量守恒。

和其他有带电的粒子一样,电子和正子也可以彼此影响(例如弹性散射)而不湮灭。

最终状态只有几种可能,机率最大的是产生二个或多个伽马射线的光子,由于动量守恒及能量守恒的限制,不允许产生单一光子。(不过若电子是紧密被原子束缚,就有可能只产生单一光子。)最常见的是产生二个光子,每个光子的能量都等于电子或是正子的不变质量511keV。一般会选用动量中心系为参考系,使得湮灭前的总动量为零,因此湮灭后的伽马射线会往相反方向发射。有时也会产生三个光子,因为在某些角动量的状态下,需要维持电荷宇称的守恒。以机率上来看有可能产生任意数量的光子,但每多产生一个光子,其机率都再低一些,因为其过程更加复杂,机率幅也越低。

由于中微子的质量较电子小,因此有可能在湮灭后产生中微子-反中微子对,但其可能性极低。只要某个粒子和电子一起参与某种基本相互作用,又没有受到守恒定律的限制,都可能在电子对湮灭后产生此粒子,只是尚未找到其他的粒子有这样的特性。

若电子或正子有相当的动能,会可能产生其他较重的的粒子(像D介子),也有可能会产生光子及其他较轻的粒子,不过要更高的能量下才会发生。

若能量接近甚至超过弱相互作用介子(W及Z玻色子)的质量,弱相互作用力的强度接近电磁力的强度,因此比较容易产生像中微子等只参与弱交互作用的粒子。

利用粒子加速器进行电子对湮灭,所产生的最重粒子对是W+W粒子对,所产生的单一粒子是Z玻色子。建造国际直线对撞机的目的也是想用此方式产生希格斯玻色子。

电子对湮灭是正电子发射计算机断层扫描(PET)及正子湮灭能谱学(PAS)的物理基础。电子对湮灭也可以用来量测金属中费米面及能带结构。

电子对湮灭的逆过程是电子-正电子产生,是一种成对产生,由双光子物理学的一部分。 [2]

湮灭

成对产生

巴巴散射

粒子列表


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