Annichilazione elettrone-positrone

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.

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.

e^{+} + e^{-} \longrightarrow 2 \gamma

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

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[modifica | modifica sorgente]

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[modifica | modifica sorgente]

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.

Usi pratici[modifica | modifica sorgente]

Questo processo è particolarmente legato all'uso della PET in campo medico.

Note[modifica | modifica sorgente]

  1. ^ a b David Griffiths, Introduction to Elementary Particles, John Wiley & Sons, 2008, ISBN 3527406018.

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]