Номер 2, страница 262 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

2. Все ли элементарные частицы имеют античастицу?

2. Все ли элементарные частицы имеют античастицу?

Да, согласно Стандартной модели физики элементарных частиц, у каждой элементарной частицы существует своя античастица. Это один из фундаментальных принципов симметрии в природе, известный как CPT-симметрия (заряд-четность-время).

Впервые существование античастиц было теоретически предсказано Полем Дираком в 1928 году. Его релятивистское уравнение для электрона имело решения, которые соответствовали частице с той же массой, что и у электрона, но с противоположным, положительным зарядом. Эта частица, названная позитроном ($e^+$), была экспериментально обнаружена Карлом Андерсоном в 1932 году.

Однако стоит отметить важный нюанс: некоторые частицы являются античастицами для самих себя. Такие частицы называются истинно нейтральными. Это возможно, если все аддитивные квантовые числа частицы (такие как электрический заряд, лептонный заряд, барионный заряд) равны нулю.

Примерами истинно нейтральных частиц являются:

• Фотон ($ \gamma $)
• Z-бозон ($ Z^0 $)
• Бозон Хиггса ($ H^0 $)
• Глюон ($ g $)

Таким образом, для каждой элементарной частицы можно найти соответствующую ей античастицу, даже если в некоторых случаях частица и античастица — это один и тот же объект.

Ответ: Да, все элементарные частицы имеют античастицу. Для некоторых частиц (истинно нейтральных) частица и ее античастица являются одним и тем же объектом.

3. Чем отличается античастица от частицы?

Античастица отличается от своей соответствующей частицы тем, что у нее противоположные значения всех аддитивных квантовых чисел (зарядов), в то время как некоторые фундаментальные свойства, такие как масса и спин, у них одинаковы.

Рассмотрим основные характеристики:

• Масса и спин: У частицы и античастицы они абсолютно идентичны. Например, масса электрона равна массе позитрона, а спин обеих частиц равен $1/2$.
• Электрический заряд: У античастицы он противоположен по знаку заряду частицы. Например, электрон ($e^-$) имеет заряд $-e$, а его античастица, позитрон ($e^+$), имеет заряд $+e$. Протон ($p$) имеет заряд $+e$, а антипротон ($\bar{p}$) — $-e$. У нейтрона ($n$) и антинейтрона ($\bar{n}$) электрический заряд равен нулю.
• Другие квантовые "заряды": Знаки всех остальных аддитивных квантовых чисел также противоположны. К ним относятся:
  • Барионное число: У протона и нейтрона оно равно $+1$, а у антипротона и антинейтрона — $-1$.
  • Лептонное число: У электрона оно равно $+1$, а у позитрона — $-1$.
  • Квантовые числа ароматов (странность, очарование и т.д.): У кварков и антикварков они также имеют противоположные знаки.
  • Цветовой заряд: У антикварка "антицвет" по отношению к цвету соответствующего кварка (например, антикрасный для красного).

Ключевым следствием этих различий является процесс аннигиляции. Когда частица встречается со своей античастицей, они могут взаимно уничтожиться, а их полная масса-энергия преобразуется в другие частицы, чаще всего в фотоны. Классический пример — аннигиляция электрон-позитронной пары: $ e^- + e^+ \rightarrow \gamma + \gamma $.

Для истинно нейтральных частиц (фотон, Z-бозон), которые являются собственными античастицами, все аддитивные квантовые числа равны нулю, поэтому "противоположные" значения совпадают с исходными ($ -0 = +0 $).

Ответ: Античастица имеет ту же массу и спин, что и частица, но противоположные по знаку значения всех аддитивных квантовых чисел (электрического заряда, барионного и лептонного чисел и т.д.).