Annihilasyon

Annihilasyon veya yok olma, parçacık fiziğinde, bir atomaltı parçacık ve ilgili antiparçacığı çarpıştığında başka parçacıklar üretme işlemine, örneğin bir elektron ile çarpışan bir pozitronun iki foton üretmesine, verilen addır. İlk çiftin toplam enerjisi ve momentumu annihilasyon işleminde korunur ve oluşan yeni parçacıklar arasında dağıtılır. Antiparçacıklar, parçacıkların tam tersi ilave kuantum sayılarına sahiptir, bu nedenle çarpışacak çiftin tüm kuantum sayılarının toplamı sıfırdır. Bu nedenle enerjinin ve momentumun korunmu yasalarına uyulduğu takdirde, toplam kuantum sayıları sıfır olan herhangi bir parçacık dizisi üretilebilir.
Düşük enerjili bir yok etme sırasında, bu parçacıkların kütlesi olmadığı için foton üretimi daha olasıdır. Bununla birlikte yüksek enerjili parçacık çarpıştırıcıları, çok çeşitli egzotik ağır parçacıkların yaratılmasına olanak verir.
Annihilasyon gayriresmi olarak karşılıklı antiparçacık-parçacık ilişkisi (yük konjugatı) bulunmayan iki parçacığın etkileşimi için de kullanılır. Bu kullanımında bazı kuantum sayıları ilk durumda sıfıra toplanmayabilir, ancak son durumda ilk durumdaki toplam korunur. Buna örnek olarak üretmek için bir elektron ile yüksek enerjili bir elektron antinötrinosu'nun "annihilasyon" verilebilir.
Eğer annihilasyon uğrayan parçacıklar, mezonlar ve baryonlar gibi kompozit ise, genellikle birkaç farklı parçacık üretilir.
Tek bozon üretimi
Eğer ilk iki parçacık temel parçacıklar ise (kompozit değil), o zaman bir foton (), bir gluon (), bir veya bir Higgs bozonu () gibi tek bir temel bozon üretilebilir. Eğer momentum merkezi çerçevesindeki toplam enerji, gerçek bir bozonun değişmez kütlesine eşitse (ki bu gibi kütlesiz bir bozon için mümkün değildir), daha sonra oluşacak yeni parçacık ömrünü tamamlayıncaya kadar var olmaya devam edecektir. Aksi takdirde işlem, gerçek bir partikül + antipartikül çiftine dönüşecek sanal bir bozonun ilk olarak yaratılmasıyla sonuçlanır. Buna s-kanal işlemi denir. Bu işleme örnek, bir elektronun bir müon ve antimüon'a dönüşecek sanal bir foton üretmek için bir pozitron ile yaptığı annihilasyon işlemidir. Enerji eğer yeterince büyükse, bu fotonun yerini alabilir.
Örnekler
Elektron-pozitron annihilasyonu
+ - +
Düşük enerjilerde gerçekleşen elektron-pozitron anhilasyonunda son durum için çok sınırlı sayıda olasılık vardır. En muhtemel olasılık iki veya daha fazla gama ışını fotonunun oluşturulmasıdır. Enerjinin korunumu ve doğrusal momentum sadece bir fotonun oluşturulmasını yasaklar. (Bu kuralın bir istisnası, sıkıca bağlı atomik elektronlar için ortaya çıkabilir.) En yaygın durumda, her biri elektronun veya pozitronun geri kalan enerjisine eşit enerjiye sahip iki foton oluşturulur (60.511 MeV). Uygun bir referans çerçevesi, sistemin imhadan önce net doğrusal momentuma sahip olmamasıdır; çünkü böylelikle çarpışmadan sonra gama ışınları zıt yönlerde yayılır. Daha fazla sayıda foton oluşturmak da mümkündür, ancak her ek foton ile olasılık daha düşük hale gelir, çünkü bu daha karmaşık süreçler daha düşük olasılık genliğine sahiptir.
Eğer elektron veya pozitron ya da her ikisi de, kayda değer kinetik enerjilere sahipse, göreceli hızlarda bu parçacıkların geri kalan enerjilerini sağlamak için yeterli kinetik enerji olduğundan, diğer ağır parçacıklar da üretilebilir (örneğin D mezonları veya B mezonları).