Аннигиляция пары электрон-позитрон.

Аннигиляция пары электрон-позитрон. Попав в вещество, позитрон практически полностью
теряет скорость из-за потерь энергии на ионизацию атомов. Поэтому непосредственно
перед аннигиляцией позитрон можно считать покоящимся, т. е. позитрон и
"обречённый на уничтожение" электрон находятся, скорее всего, в состоянии,
в к-ром моменг количества движения (относительного) этих частиц равен нулю.
Дальнейшая судьба пары определяется взаимной ориентацией внутренних моментов
количества движения частиц - их спинов. Если спины электрона и позитрона
(равные 1/2) направлены в пpoтивоположные стороны, т. е. их суммарный спин
равен нулю, то в результате аннигиляции может образоваться лишь чётное
число фотонов: запрет на образование нечётного числа фотонов связан с одним
из законов сохранения - законом сохранения т. н. зарядовой чётности (см.
Зарядовое сопряжение). Однако вероятность аннигиляции с появлением четырёх
и более фотонов ничтожно мала, и подавляющее большинство пар аннигилирует,
образуя два фотона. Образовавшиеся фотоны летят в противоположные стороны,
и каждый из них забирает половину первоначальной энергии системы электрон-позитрон,
т. е. примерно энергию покоя электрона тс² = 0,51 Мэв (m - масса
электрона, с - скорость света в вакууме). (Согласно теории относительности
А. Эйнштейна, с массой М покоящейся частицы связана энергия Е= Мс², к-рая и наз. энергией покоя.)

Если же перед
аннигиляцией спины электрона и позитрона оказываются параллельными, так
что их суммарный спин равен 1, то возможно лишь образование нечётного числа,
а практически -- трёх фотонов (аннигиляция свободных электрона и позитрона
с излучением одного фотона запрещена законом сохранения импульса). Трёхфотонная
аннигиляция происходит гораздо реже, чем двухфотонная: в среднем лишь два-три
из каждой тысячи попавших в вещество позитронов аннигилируют в три фотона.

Однако небольшой
доле позитронов "удаётся" аннигилировать, сохранив ещё достаточно высокую
скорость. При этом угол разлёта фотонов зависит от этой скорости. При больших
энергиях аннигилирующих позитронов возникающие фотоны испускаются преим.вперёд
и назад по направлению движения позитрона. Фотон, летящий вперёд, забирает
почти всю энергию позитрона, на долю же фотона, летящего назад, остаётся
только энергия, равная примерно энергии покоя электрона mс².
Таким образом, при прохождении быстрых позитронов через вещество образуется
пучок высокоэнергетич. гамма-квантов, летящих в одну сторону. Этим иногда
пользуются физики-экспериментаторы для получения монохроматич. пучка фотонов
с очень большой энергией.

В веществе
позитроны "живут" очень недолго: в типичных твёрдых телах за время около
10^-10сек - за ничтожный с обычной точки зрения промежуток времени
- процесс аннигиляции уничтожает больше двух третей всех оказавшихся в
веществе позитронов. [Позитрон - стабильная частица (он ни на что не распадается)
и в вакууме может существовать бесконечно долго.]

Часто, особенно
в газах, аннигиляция идёт через промежуточный этап - образование кратковременно
живущей системы, позитрония, т. е. связанного состояния электрона и позитрона.

Рождение парэлектрон-позитрон.
Для процесса, обратного аннигиляции (рождения фотоном электрон-позитронной
пары), необходимо наличие внешнего электромагнитного поля (или второго
фотона), так как, согласно законам сохранения энергии и импульса, "одинокий"
фотон не может превратиться в пару частица-античастица. Обычно образование
пар электрон-позитрон фотоном происходит в кулоновском поле атомного ядра
(или электрона). Для осуществления такой реакции энергия фотона должна
быть не меньше суммы масс покоя электрона и позитрона, т. е. 2mс²
= 1,02 Мэв. Вероятность рождения пары в кулоновском поле ядра пропорциональна
квадрату заряда ядра (или атомного номера), Z²; она быстро растёт
с увеличением энергии гамма-кванта и при очень больших энергиях достигает
нек-рого предельного значения.

Образование
пар электрон-позитрон играет определяющую роль в поглощении веществом гамма-квантов
высокой энергии, а также, совместно с тормозным излучением, в возникновении
т. н. электронно-фотонных ливней в космич. лучах.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я