Античастицы

    В 1928 году П. Дираком на основании анализа релятивистского уравнения было предсказано существование позитрона. В 1932 году позитрон был обнаружен в космических лучах К. Андерсоном. Античастицы были открыты у лептонов (μ⁺, μ^-) и мезонов (π⁺,π^-). Естественно возник вопрос, есть ли античастицы у барионов.

Рис. 1. Схема эксперимента по регистрации антипротонов

     Антипротон был открыт в 1955 году. Схема эксперимента показана на рис.1. Антипротоны образовывались при бомбардировке мишени из меди протонами, ускоренными до энергии 6.2 ГэВ в реакции

p + pp + p + p + .

    Антипротоны составляли лишь небольшую долю от полного числа заряженных частиц, вылетающих из мишени. В основном это были π- и K-мезоны. Антипротоны идентифицировались как частицы, имеющие ту же массу, как и протоны, но имеющие отрицательный электрический заряд. Массу антипротона определяли по его импульсу и скорости.
    С помощью магнитов М1 и М2 из всех вторичных частиц выделялись частицы с единичным отрицательным зарядом и импульсом 1.19 ГэВ/с. Для выделения антипротонов из большого фона отрицательных пионов
(1 антипротон на ~10⁵π^--мезонов) использовалась разное время пролета базы (~12 м) между сцинтилляционными счетчиками С1 и С2. Для антипротонов оно составляло 51·10^-9 с, а для пионов - 40·10^-9 с. Для отделения антипротонов от π-мезонов дополнительно использовались два черенковских счетчика Ч1 и Ч2. Счетчик Ч2 регистрировал частицы со скоростями (0.75 < β < 0.78), соответствующими антипротонам с импульсами 1.19 ГэВ/с. Счетчик Ч1 регистрировал частицы со скоростями пионов (β = 0.99). События, вызывающие срабатывания как счетчика Ч1, так и счетчика Ч2 отбрасывались. Сцинилляционный счетчик С3 служил для того, чтобы убедиться, что частица не отклонилась от заданной траектории. Таким образом счетчики С1, С2, C3 и Ч2 были включены на совпадения, а счетчик Ч1 на антисовпадения. Такая схема выделяла только отрицательно заряженные частицы, имеющие массу протона, и тем самым надёжно идентифицировала антипротоны. Дополнительные измерения с измерением импульса регистрируемых частиц при неизменных остальных параметрах установки показали, что массы протона и антипротона, как и ожидалось, совпадают с точностью около 5%.

Рис. 2. Схема эксперимента по регистрации антинейтронов

    Антинейтрон был открыт в 1956 году. Схема эксперимента показана на рис.2. Антинейтроны образовывались в реакциях перезарядки антипротонов на нуклонах

+ p + n,
+ n + n + ^-.

Сигнал со счетчика С1 служил указанием на то, что антипротон попал в конвертор К. В конверторе, который представлял из себя емкость заполненную жидким сцинтиллятором, среди прочих процессов происходят реакции перезарядки антипротонов на нуклонах. Реакции перезарядки вызывают небольшие по сравнению с другими процессами световые вспышки в сцинтилляторе, которые фиксируются фотоумножителями (ФЭУ). Для фильтрации заряженных частиц, гамма-квантов и нейтральных пионов, распадающихся на гамма-кванты служат два сцинтилляционных счетчика С2 и С3, включенных на совпадения и свинцовый экран Э. Регистрация антинейтронов происходит в черенковском счетчике Ч.С. по мощным световым вспышкам от аннигиляции антинейтронов

+ n Nπ.

Дополнительная фильтрация происходит с помощью сигналов небольшой амплитуды от ФЭУ, в основном связанных с реакциями перезарядки. Таким образом счетчики С1, ФЭУ и ЧС были включены на совпадения, а счетчик С2 и С3 на антисовпадения.
    Пятидесятые годы завершились открытием антигиперонов. Сейчас почти ни у кого не вызывает сомнения тот факт, что каждая частица имеет "двойника" - античастицу. Античастицы обладают рядом характеристик, имеющих те же численные значения, что и частицы и некоторые характеристики с противоположным знаком. Так у частицы и античастицы одинаковые массы, спины, изоспины, времена жизни; противоположные знаки у электрических зарядов, магнитных моментов, барионных и лептонных зарядов, проекций изоспина, четности и др. Схемы распада частиц и античастиц - зарядово-сопряженные, например,

np + e^- + _e;
+ e⁺ + _e.

У истинно нейтральных частиц (γ, π⁰, η⁰) частица и античастица тождественны.
    Наиболее сложной формой антивещества, полученной и идентифицированной в лабораторных условиях, являются антиядра трития, гелия. Эти эксперименты были выполнены на серпуховском ускорителе в 1970-74 гг. В 1998 году были получены первые атомы антиводорода.

Связь характеристик частиц и античастиц

см. Б.С. Ишханов, Э.И. Кэбин. Антиматерия