Номер 4, страница 250 - гдз по физике 9 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 5. Элементы квантовой физики. Параграф 64. Элементарные частицы. Вопросы для самопроверки - номер 4, страница 250.

Условие.

4. Что происходит при столкновении частицы и античастицы?

Решение.

При столкновении частицы и ее античастицы происходит процесс, называемый аннигиляцией (от латинского annihilatio — «уничтожение, исчезновение»). В ходе этого процесса исходные частица и античастица исчезают, а их масса и кинетическая энергия преобразуются в энергию других частиц, например, фотонов.

Процесс аннигиляции строго подчиняется фундаментальным законам сохранения:

1. Закон сохранения энергии. Полная энергия системы до реакции (включая энергию покоя частиц, определяемую формулой Эйнштейна $E=mc^2$, и их кинетическую энергию) равна полной энергии частиц, образовавшихся после реакции.

2. Закон сохранения импульса. Суммарный импульс частицы и античастицы до столкновения равен суммарному импульсу частиц после аннигиляции. Если частица и античастица сталкиваются, двигаясь навстречу друг другу с одинаковыми скоростями, их суммарный импульс равен нулю. В этом случае образовавшиеся частицы (например, два фотона) разлетятся в противоположных направлениях, чтобы их суммарный импульс также был равен нулю.

3. Закон сохранения электрического заряда. Частица и её античастица имеют равные по модулю, но противоположные по знаку электрические заряды (например, электрон -e, позитрон +e). Поэтому их суммарный заряд равен нулю. Следовательно, и суммарный заряд продуктов аннигиляции также должен быть равен нулю.

Классическим примером является аннигиляция электрона ($e^-$) и его античастицы — позитрона ($e^+$). При их столкновении на малых скоростях чаще всего образуются два фотона высокой энергии (гамма-кванта):
$e^- + e^+ \rightarrow \gamma + \gamma$
Образование именно двух, а не одного, фотона необходимо для одновременного выполнения законов сохранения энергии и импульса. Энергия каждого фотона в системе покоя центра масс равна энергии покоя электрона (около 0,511 МэВ). При более высоких энергиях столкновения могут рождаться и другие, более массивные частицы (например, мюоны, тау-лептоны, адроны).

Ответ: При столкновении частицы и античастицы происходит их аннигиляция — взаимное уничтожение с превращением их массы и кинетической энергии в энергию других частиц (чаще всего, в два или более фотона). Этот процесс происходит в строгом соответствии с законами сохранения энергии, импульса и электрического заряда.