Strona głównaPytania → Co się stanie, gdy zderzą...

Co się stanie, gdy zderzą się antyproton i elektron?

Pytanie

Pyta Sylwester

Co się stanie, gdy zderzą się antyproton i elektron?

Odpowiedź

Odpowiada Mikołaj Misiak

Te dwie cząstki nie są wzajemnie antycząstkami, więc nie anihilują. Możliwe produkty reakcji zależą od sumarycznej energii kinetycznej $E_{\rm kin}$ zderzających się cząstek w układzie ich środka masy. Jest ona związana z energią całkowitą $E_{\rm tot}$ następującym wzorem

$E_{\rm tot} = m_p c^2 + m_e c^2 + E_{\rm kin} $,

gdzie $m_p$ i $m_e$ są odpowiednio masami protonu i elektronu, a $c$ jest prędkością światła. Poniżej będę wyrażał energię w elektronowoltach. Jeden elektronowolt $(1\,{\rm eV})$ odpowiada energii kinetycznej elektronu przyśpieszonego w potencjale $1\,{\rm V}$.

Przypadek 1. $E_{\rm kin} < 2 m_e c^2 \simeq 1\,{\rm MeV} \equiv 1000000\,{\rm eV}$. Wtedy nie ma wystarczającej energii na produkcję pary elektron-pozyton. Produktami reakcji będą więc cząstki wyjściowe (antyproton i elektron) oraz ewentualnie cząstki lżejsze od elektronu (fotony, grawitony lub pary neutrino-antyneutrino). Tylko fotony mogą być w praktyce obserwowane, gdyż grawitony i neutrina oddziałują bardzo słabo.

Przypadek 2. $2 m_e c^2 < E_{\rm kin} < m_\pi c^2 \simeq 100\,{\rm MeV}$, gdzie $m_\pi$ oznacza masę mezonu $\pi$ (pionu), czyli najlżejszego stanu związanego kwark-antykwark. W tym przypadku dodatkowo mogą produkować się pary elektron-pozyton (jedna lub więcej).

Przypadek 3. Gdy $E_{\rm kin} > m_\pi c^2$, mogą zacząć produkować się piony. Prawdopodobieństwo produkcji pojedynczego pionu jest małe (ale niezerowe) ze względu na przybliżoną symetrię nazywaną symetrią izospinową. Potem, im większa będzie energia, tym więcej różnych cząstek może się produkować.