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基本フェルミオンの各タイプは、反粒子のタイプに対応します。したがって、電子は陽電子と関連付けられ、クォークは反クォークと関連付けられます。最初に観測された反粒子は、宇宙線と大気の衝突によって生成される反電子 (陽電子) で、1933 年に発見されました。現在、自然状態の反物質原子は知られていません。
原子物理学では、粒子の挙動を記述するには、特定の量の2 乗のみを固定する方程式が必要であることが 20世紀初頭に現れました。したがって、この方程式には 2 つの解があります。既知の粒子の挙動に対応する「通常の」解と、一般に観測されていない「理論的」粒子に対応する解です。
ポール・ディラックは、これらの粒子は実際に存在し、極限状態でも観察できると予測しました。実験により、この予測が確認されました。
粒子は、電荷、スピンまたは角運動量、およびその他の量子数 (レプトン数やバリオン数を含む) を持ちます。対応する反粒子は、反対のスカラー量子数 (電荷、レプトン数とバリオン数、フレーバーなど) を持ちますが、ベクトルの大きさ (角運動量、アイソスピンなど) は同じです。
たとえば、電子の質量は 9.1.10 -31 kg (質量エネルギーE = m×c²)、電荷q = – 1.6.10 -19クーロン、スピン 1/2 です。反電子は同じ質量と同じスピンを持ちますが、逆の電荷を持っています: q = + 1.6.10 -19クーロン。したがって、粒子とその反粒子は常に反対の電荷を持ち、互いに電気的に引き合います。
したがって、物質の各粒子には、同じ特性を持ちながら反対の電荷をもつ (そして同じ絶対値を持つ) 反物質の反粒子が対応します。
粒子とその反粒子が遭遇すると、それらの質量が消失し、よく知られた公式 E=mc² に従って対応する量のエネルギーが生成され、それらは消滅します。このエネルギーは、180°で放射され、同じエネルギーを持つ一対の光子を生成します (質量基準座標系の中心内)。パルスの形で光子によって運ばれる総エネルギーは、系内に最初に存在する質量エネルギーに相当します。
そして逆に、十分な量のエネルギーが集中すると (おそらく粒子対粒子の消滅によって引き起こされる)、1 つまたは複数の粒子対粒子のペアが生成されます。
同じ電磁場に置かれた粒子とその反粒子は、反対の電荷により反対の力を受けます。これを利用して粒子を分離し、反粒子を研究することができます。
したがって、反粒子を作成して観察するには、事前に加速された粒子（非常に高いエネルギーが与えられます）を集めます。
粒子とその反粒子の衝突
質量mの粒子が対応する反粒子と接触すると、それらは消滅して 1 つまたは複数の任意の粒子を形成しますが、それらの粒子は最初のエネルギーと等しいエネルギーを持ち、総電荷などの特定の数の特性を保持します。したがって、 はゼロでなければなりません。特に、消滅によって、最初のものとは異なる粒子とその反粒子が生成される可能性があります。
例:陽子と反陽子の消滅のエネルギーは E = 2×1.6.10 -27 ×c² = 0.23.10 -9ジュールです。たとえば、速度v = 0.98 × c で進むペア (電子、反電子) に変換することができ、エネルギーの大部分は運動エネルギー(速度) の形になります。
さらに、十分なエネルギーの光子はどこにでも粒子/反粒子のペアを生成する可能性があるため、おそらく私たちの周囲で毎秒数千回生成される可能性があります。明らかに、ほとんど作成されていないこのカップルは、同じ場所で同じ瞬間に作成されたこれら 2 つの粒子が近接することによって互いに引き付けられるため、お互いを消滅させて消滅する可能性が十分にあります。しかし、時には反粒子が逃げ出し、少し離れたところで消滅してしまうこともあります。
例: 0.23・10 -9ジュールを超えるエネルギーを持つ光子は、陽子/反陽子ペアに変換できます。
反水素原子は20世紀末以来、実験室で非常に限られた数だけ作成されてきましたが、その寿命は非常に短く、保存することはできません。それらの創造には、物質による消滅によって放出される以上の膨大な装置（粒子加速器）と恐ろしい量のエネルギーが必要であり、この分野における真の進歩を今後長い間危うくしている。
基礎研究
有名な公式 E=mc² に従って質量がエネルギーに変換されるため、粒子とその反粒子の衝突には計り知れない潜在的なエネルギーが含まれます。
たとえば、0.5 キログラムの反物質と 0.5 キログラムの物質 (以下の「反応物質」の質量と同じ) の間の反応は、90 × 10 15ジュールを生成します。比較すると、1キログラムの石油の燃焼では 4,200 万 J (20 億分の 1 少ない) しか生成されません。これは試薬 (石油 + 酸素) をすべて取り込む必要がある化学反応であるため、不正確です。 。 。そして、1キログラムの水素の核融合（太陽を動かすもの）は260×10 12 J（400分の1）を生成します。実際、数グラムの反物質から生成されるエネルギーは、宇宙船を月に輸送するのに十分です。
