Language
Country/Area
No result found
电子与正电子的惊人舞蹈：两颗粒子如何变成光子？
在粒子物理学中，湮灭（annihilation）指的是当一个亚原子粒子与其对应的反粒子碰撞时，会产生其他粒子的过程。例如，电子与正电子的相遇，能够产生两个光子。这一过程中，初始对的总能量和动量被保留，并在最终状态中分配给一组其他粒子。反粒子拥有与粒子完全相反的聚合量子数，因此，这样的原始对的所有量子数总和为零。因此，只要遵循能量守恒、动量守恒和自旋守恒的法则，任何一组粒子都可能生成，使得这些粒子的总量子数也为零。
在低能量的湮灭中，光子的产生是优先考量，因为光子是无质量的粒子。高能量的粒子对撞机则产生湮灭过程，并创造出各种奇异的重粒子。值得注意的是，「湮灭」这一词在官方上也指代那些不互为反粒子的两个粒子的相互作用 – 这些粒子并非电荷共轭。在此情况下，某些量子数可能不在初始状态下总和为零，但在最终状态下的总和仍然保持一致。
「在低能量的湮灭中，光子的产生是优先考量，因为光子是无质量的粒子。」
单一玻色子的产生
如果初始的两个粒子是基本粒子（非组合粒子），那么它们可能结合生成唯一的基本玻色子，如光子(γ)、胶子(g)、Z玻色子或希格斯玻色子(H0)。如果在中心动量框架内的总能量等于一个真实玻色子的静止质量（对于一个无质量的玻色子如光子这是不可行的），那么所产生的粒子将持续存在，直到根据其寿命衰变为止。否则，这一过程理解为是玻色子的初步生成，它是虚拟的，会立即转换为一对真正的粒子加反粒子。
「这被称为s通道过程。」
例子
电子-正电子湮灭
当一个低能量的电子与一个低能量的正电子（反电子）湮灭时，最可能的结果是创造两个或更多的光子，因为其他标准模型的最终粒子，电子和正电子携带的质量-能量不足以产生其它粒子，只有中微子在此过程中除外，中微子的系数大约是1万分之一。由于动量守恒，创造单一光子也是被禁止的—单一光子在任何框架下将带有非零的动量，包括总动量为零的系统框架。
「这样的运算清楚地突显了粒子物理学的神秘与奇妙。」
质子-反质子湮灭
当一个质子遇见其反粒子（一般而言，如果任何一种类的重子遇见对应的反重子），这一反应比电子-正电子湮灭要复杂得多。质子是由三个「价色夸克」和不确定数量的「海夸克」组成的复合粒子。因此，当一个质子遇见反质子时，它的一个夸克（通常是组成夸克）可能与一个反夸克湮灭，产生胶子。随后，胶子和剩余的夸克、反夸克，及胶子将经历复杂的重组过程，最终变为氢子。
希格斯的产生
在两个核子在非常高的能量下碰撞时，海夸克和胶子的相互作用更为频繁，因此没有核子必须是反粒子，才能发生夸克对的湮灭或两个胶子的「融合」。这样的过程促进了长久以来寻找的希格斯玻色子的产生。 2012年，瑞士的CERN实验室宣布在大型强子对撞机(LHC)的质子-质子碰撞中发现了希格斯玻色子。
奇妙的是，自然界的基本过程不仅在微小的量子层面上发生，更在极高的能量之中释放出宏大的力量和神秘。当我们深入了解湮灭这一过程时，是否能更好地认识到我们宇宙的本质呢?
