Annihilatsioon

Annihilatsioon on defineeritud kui objekti "täielik hävinemine". Sõna tüvi tuleb ladinakeelsest sõnast nihil (mitte midagi). Otsetõlge oleks "mitte millekski tegemine".
Osakestefüüsikas kasutatakse seda sõna protsessi jaoks, mille käigus osake põrkub oma antiosakesega. Kuna peavad kehtima energia ja impulsi jäävuse seadused, ei kao osakesed päriselt, vaid muutuvad teisteks osakesteks. Kokkupõrkel kandub osakese ja antiosakese energia üle tekkinud väljaosakesele (gluuon, W/Z boson või footon). Need osakesed omakorda muutuvad uuteks osakesteks.

Aine ja antiaine annihileerumine

Ulmeraamatutes tihti kirjeldatud aine ja antiaine annihileerumine taandub tegelikult aine moodustanud elementaarosakeste annihileerumisele. Aine iga aatomi elektron annihileerub positroniga, prooton antiprootoniga ja neutron antineutroniga. Tulemusena tekib suur arv kõrge energiaga footoneid. Kuigi ulmekirjanduses kirjeldatakse seda kui "eredat valgussähvatust", siis tegelikkuses on tegemist pigem tugeva gammakiirgusega.
Valguse kiirusele lähedaste kiirustega sõitva (hüpoteetilise) footonraketi edasiviiv jõud pidi tulema aine ja antiaine annihilatsiooniprotsessist. Laeva sabas pidi olema suur peegel, mis annihileerumise tulemusena tekkivad footonid tagasi peegeldab ning selle tulemusena tekkiva tõukejõu laevale üle kannab. Kuna footonid liiguvad valguse kiirusega, siis peaks olema teoreetiliselt võimalik nende abil kiirendada ka kosmoselaev valguse kiirusele lähedaste kiirusteni.

Elektroni-positroni annihilatsioon

Elektroni-positroni annihilatsioon toimub, kui elektron (e⁻) ja positron (e⁺, elektroni antiosake) põrkuvad. Tulemuseks on elektroni ja positroni annihilatsioon ning gammakvandi teke. Suurematel energiatel võib gammakvandi asemel tekkida ka teisi osakesi:
e⁻ + e⁺ → γ + γ
Protsess peab rahuldama eelnevalt mainitud jäävusseadusi. Nagu ka teised laetud objektid, võivad elektron ja positron interageeruda ka ilma, et nad annihileeruks, üldiselt toimub elastne hajumine.

Madala energiaga annihiliatsioon

Lõppseisundi jaoks on väga piiratud võimalused. Kõige tõenäolisem on kahe või enam gammakvandi loomine. Energia ja impulsi jäävusseadused keelavad üldjuhul ainult ühe footoni tekkimise. Erijuhul, kui elektronid on väga tihedasti aatomi ümber pakitud, võib tekkida üks footon. Enamasti siiski kiiratakse kaks footonit, mille energia on võrdne elektroni ja positroni seisuenergiatega (511 keV). Mugav on lähtuda inertsiaalsest taustsüsteemist, kus enne annihilatsiooni on süsteemi summaarne sirgjooneline impulss null. Sel juhul kiirguvad gammakiired pärast kokkupõrget vastassuundadesse. Samuti on küllaltki tavaline kolme gammakvandi teke, kuna teatud impulssmomentidega olekus on vaja säilitada laengu paarsust. Ka suurema arvu footonite teke on võimalik, kuid tõenäosus nende tekkeks väheneb iga lisafootoniga, kuna neil keerulistel protsessidel on madalam tõenäosusamplituud.
Kuna neutriinodel on samuti väiksem mass kui elektronidel, on ka põhimõtteliselt võimalik, kuigi eriti ebatõenäoline ühe või enam neutriino-antineutriino paaride teke. Sama on tõsi ka teiste osakeste puhul, mis on kerged. Neutriinodest kergemaid fermione pole leitud.

Kõrge energiaga annihiliatsioon

Juhul kui elektronil, positronil või mõlemal on suur kineetiline energia, võivad tekkida ka teised, rasked osakesed (nagu D meson), kui on piisavalt kineetilist energiat, et muuta see raskete osakeste seisuenergiaks. On endiselt võimalik tekitada footoneid ja teisi kergeid osakesi, aga nad omandavad suured energiad.
Energiate puhul, mis on lähedased või ületavad nõrga jõu kandjate W ja Z bosonite massi, muutub nõrga jõu tugevus võrreldavaks elektromagnetilise jõuga. See tähendab, et tekib rohkem neutriinosid, mis interageeruvad ainult nõrgalt.
Kõige raskem osake, mis on siiani suudetud tekitada läbi elektroni-positroni annihilatsiooni, on W⁺-W⁻ paar. Kõige raskem üksik osake on Z boson. Peamine motivatsioon rahvusvahelise lineaarkiirendi (International Linear Collider) koostamiseks on leida Higgsi boson sel viisil.

Vastupidine reaktsioon

Vastupidine reaktsioon – elektroni-positroni paari teke kahest footonist – on samuti võimalik.

Prootoni-antiprootoni annihilatsioon

Selline annihilatsioonivorm ilmneb, kui prootoni kvark ja antiprootoni antikvark põrkuvad. Annihilatsiooni käigus tekivad virtuaalsed gluuonid. Gluuonpilves tekib top- ja antitop-kvargi paar, mis liiguvad eri suundades ja venitavad gluuonpilve nende vahel. Kui top- ja antitop-kvargid on üksteisest kaugemale jõudnud, siis nad lagunevad bottom- ja antibottom-kvarkideks ning ilmub lisaks W bosoneid (nii W⁻ kui W⁺ bosoneid). W⁻ laguneb omakorda elektroniks ja neutriinoks ning W⁺ laguneb üles ja alla kvargipaariks. Protsessi lõpus liiguvad kõik osakesed üksteisest eemale.