Елементарні частинки та античастинки. Взаємні перетворення частинок

Існує декілька різних визначень поняття «елементарні частинки». Найпростіше з них, на рівні шкільних уявлень, таке: частинки матерії, дрібніші за атоми та їх ядра, називаються елементарними. (Спочатку поширеним було визначення, у якому фігурувала умова, щоб дана частинка не складалася з інших частинок, але у разі такого визначення виявлення кваркової структури нуклонів виключило б нуклони із числа елементарних.)
Виходячи зі шкільного курсу фізики, можна виділити такі елементарні частинки: електрон, протон, нейтрон, нейтрино і фотон.
Дуже важливою властивістю елементарних частинок є їхня здатність перетворюватись одна на одну.
Приклад: розпад нейтрона з переходом цього нейтрального нуклона у заряджений стан (це можливо, оскільки маса нейтрона і його енергія спокою більші, ніж у протона):.
Відомо, що електрони відіграють роль -частинок у випромінюванні радіоактивних речовин, тому розглянуте перетворення нейтрона називається -розпадом.
Перш ніж обговорювати зміст частинки, позначеної , треба записати схему перетворення протона на нейтрон, яке відбувається в ядрі (оскільки маса і енергія спокою протона менші, ніж у нейтрона, то у відокремленого протона таке перетворення не виявляється, а протон у ядрі немов би «позичує» енергію у сусідніх нуклонів).
Приклад -розпаду: .
При цьому утворюється частинка , яка одержала назву позитрон («позитивний електрон»). Позитрон відрізняється від електрона лише знаком заряду і називається античастинкою електрона.
Нейтральна частинка , яка утворюється при -розпаді, одержала назву нейтрино.
Частинка у випадку -розпаду називається антинейтрино, є античастинкою відносно до .
Обидві ці частинки електронейтральні, відмінність між ними можна пояснити тільки при поглибленому (факультативному) вивченні фізики: ці античастинки відрізняються напрямом спіна.
У межах загальноосвітнього курсу можна пояснити відмінність між і наближено: елементарні частинки мають властивість «обертатись» навколо «власної осі» (як Земля здійснює добове обертання), при цьому частинки і «обертаються» у протилежних напрямках.
Античастинки є у всіх згаданих елементарних частинок, крім фотона. Існування позитрона виявив у 1932 р. американський учений Карл Андерсон, а уже в 1933 р. було відкрито явище народження пари електрон-позитрон при взаємодії -фотонів із речовиною: .
Зворотний процес: . Він називається анігіляцією (знищенням) пари і й супроводжується значним енерговиділенням.