最終更新日: 2025 年 9 月 12 日

反物質: 反粒子とそのエネルギーの謎

反物質

L'反物質によって予測されましたポール・ディラック(1902-1984) 1928 年に電子の相対論的方程式から。各粒子には、同じ質量だが反対の電荷をもつ反粒子があります。粒子とその反粒子が遭遇すると、消滅\( に従った合計と質量のエネルギーへの変換 E = mc^2 \)。

反粒子エネルギーとディラック海

各反粒子は対応する粒子と同じ質量を持ちますが、その枠組み内で負の値をとる可能性のあるエネルギーを持っています。ディラックの理論。この理論によれば、量子状態空間は負のエネルギー準位で満たされ、いわゆる「ディラック海。

このディラックの海の空の状態は、次のように動作します。反粒子反対の電荷の。この状態が占有または消滅すると、負のエネルギーが放射線として放出されたり、運動エネルギーに変換されたりして、粒子や反粒子の生成または消滅が観察されます。

したがって、反粒子のエネルギーは 2 つのレベルで解釈できます。

実験室で観察可能な実際の粒子を作成するときの正のエネルギーとして。
ディラック海の充填状態の理論的枠組みにおける負のエネルギーとして、反粒子の存在と物質との対称性を説明します。

このエネルギーの二重性は、多くの物理現象の基礎となっています。消滅物質-反物質、実験室での反水素の生成や、観測可能なγフォトンを放出する量子エネルギー遷移などです。

反粒子は負の質量を持っていますか?

反粒子にはありませんない負の質量の。それらは、ディラックの形式主義では、次の解決策として見ることができます。負のエネルギー、しかし、それらの静止質量は正であり、対応する粒子の静止質量と同一です。

ディラックの理論が語ること

いつポール・ディラック(1902-1984) 電子の相対論的方程式を解きました。彼は 2 つの解決策ファミリーを見つけました。

のレベルポジティブなエネルギー\(E>0\)、
のレベル負のエネルギー\(E<0\)。

電子がますます低いエネルギー状態に「落ちる」のを防ぐために、ディラックは、これらの負のレベルはすべてすでに満たされていると提案しました。ディラック海。この海の「穴」は、反対の電荷、陽電子を持つ粒子のように振る舞います。

この解釈で私たちが話しているのは、負のエネルギー、しかし、レストマス\(m\) は残りますポジティブ(例: \(m_e = 0.511~\mathrm{MeV}/c^2\))。

静止質量とエネルギー

粒子の静止質量は、\(c^2\) の前の係数です。 \( E^2 = p^2 c^2 + m^2 c^4 \)。 \(E\) (総エネルギー) の符号は変化する可能性があります。しかし、標準的な形式主義では、項 \(m^2\) は常に正の値のままです。反粒子の場合でも \(m > 0\) を保ちます。変化するのは電荷と量子数（バリオン数、レプト数など）です。

負の質量: 異なる概念

あ負の質量物体が逆方向に加速していることを意味します加えられた力に影響を及ぼします (異常な動作)。反粒子（陽電子、反陽子など）の観測には何もありません。そのような影響は示されません。それらは重力場に落ちます。通常の対応物と同様に（実験の範囲内で）。

粒子	反粒子	ポジティブなエネルギーレベル	負のエネルギーレベル	解釈
電子	陽電子	+0.511MeV	-0.511 MeV	ディラック海の占領国。穴は陽電子に対応します
プロトン	反陽子	+938.3 MeV	-938.3 MeV	反陽子は負のエネルギーの空の状態として解釈される
中性子	反中性子	+939.6 MeV	-939.6 MeV	反中性子はマイナスレベルのホールに関連する
ニュートリノ	反ニュートリノ	≈ 0 MeV	≈ 0 MeV	非常に低いエネルギー、ほとんど区別できない反粒子