FISICA: ANNICHILAZIONE ELETTRONE-POSITRONE

[CENTRO ANTI-BLASFEMIA]

Annichilazione elettrone-positrone
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Il processo di annichilazione elettrone-positrone è una reazione che
avviene quando un elettrone incontra un positrone (l'antiparticella
dell'elettrone, ovvero una particella di antimateria): il susseguente
processo di collisione innesca la produzione di 2 fotoni di
annichilazione e, più raramente, di 3 fotoni o di altre particelle.


Questo processo deve seguire alcune leggi di conservazione, tra le
quali:

La conservazione della carica elettrica: la carica totale finale e
iniziale è uguale a zero.
La conservazione della quantità di moto e dell'energia totale: ciò
proibisce la creazione di un singolo fotone di annichilazione.
La conservazione del momento angolare.
È da notare come l'elettrone e il positrone possano interagire tra
loro senza annichilazione, generalmente attraverso un processo di
scattering elastico.

La reazione inversa, la creazione di un elettrone e di un positrone, è
un esempio di produzione di coppia.



Annichilazione alle Basse Energie



Il naturale processo di annichilazione elettrone-positrone come
risultato di un decadimento beta+
A basse energie i risultati dell'annichilazione non hanno un'ampia
varietà di casi; il più comune prevede la creazione di due o più
fotoni di annichilazione; la conservazione dell'energia e della
quantità di moto proibisce la creazione di un solo fotone. Nel caso
più comune, vengono creati due fotoni aventi ciascuno un'energia pari
all'energia a riposo dell'elettrone o del positrone (511 keV). Siccome
il sistema possiede inizialmente una quantità di moto totale pari a
zero, i raggi gamma vengono emessi in direzioni opposte. È comune
anche la creazione di tre fotoni, a condizione che conservino la
simmetria C[1].

È possibile la creazione di un qualsiasi numero di fotoni, ma la
probabilità di ciascun fotone supplementare di essere generato
dall'annichilazione è molto bassa a causa della maggiore complessità
(e quindi minore probabilità di avvenire) dei processi coinvolti.

Anche una o più coppie neutrino-antineutrino possono essere prodotte
dall'annichilazione, anche se con probabilità molto remote. A dire il
vero, in teoria potrebbe essere prodotta qualsiasi coppia di
particella-antiparticella, purché condivida almeno un'interazione
fondamentale con l'elettrone e ciò non sia proibito da qualche legge
di conservazione. Comunque sia, non è stata finora osservata
nessun'altra particella prodotta dall'annichilazione elettrone-
positrone.

Annichilazione alle Alte Energie


Diagramma di Feynman dell'annichilazione elettrone-positrone
Se l'elettrone e/o il positrone hanno elevata energia cinetica,
possono essere prodotte diverse particelle massive (per esempio
mesoni), purché l'energia delle due particelle sia sufficiente per
trasformarsi nella corrispondente energia a riposo delle particelle
prodotte. È ancora possibile ovviamente la produzione di fotoni, anche
se questi emergeranno dall'annichilazione aventi energie molto
elevate.

A energie vicine o superiori alla massa delle particelle
trasportatrici dell'interazione debole, i bosoni W e Z, l'intensità di
questa interazione diventa comparabile con la forza
elettromagnetica[1]. Ciò significa che diviene più comune la
produzione di particelle come il neutrino, debolmente interagenti.

Le particelle più massive prodotte dall'annichilazione elettrone-
positrone negli acceleratori di particelle sono la coppia Bosone W+ e
Bosone W-, la singola particella più massiva è il Bosone Z.

Uno degli obiettivi dell' International Linear Collider è la
produzione del bosone di Higgs a partire proprio dall'annichilazione
elettrone-positrone.



Note

^ a b David Griffiths, Introduction to Elementary Particles, John
Wiley & Sons, 2008, ISBN 3527406018
http://it.wikipedia.org/wiki/Annichilazione_elettrone-positrone