Anéantissement

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Une diagramme Feynman montrant l'anéantissement mutuel d'un électron et positron en deux photons

En physique, l'anéantissement dénote le fait qui survient lorsqu'une particule sous-atomique heurte son antiparticule respective[1]. Puisque l'énergie et l'élan doivent être conservés, les particules ne se muent pas en rien, mais plutôt en nouvelles particules. Les antiparticules possèdent des nombres quantiques exactement opposés à ceux des particules, donc la somme des nombres quantiques du pair égale zéro. Ainsi, le processus peut donner naissance à n'importe quel jeu de particules dont la somme des nombres quantiques égale zéro, pourvu que la conservation d'énergie et la conservation d'élan (quantité de mouvement) sont respectées. Lors de la collision entre une particule et son antiparticule, leur énergie se transforme en particule porteuse de force, telle qu'un gluon, porteuse de force W/Z ou un photon. Ces particules se transforment plus tard en autres particules[2]

Lors d'un anéantissement à faible énergie, la production des photons est favorisée, puisque ces particules-ci manquent de masse. Cependant les collisionneurs des particules à haute énergie causent des anéantissements qui crée un éventail de particules lourdes exotiques.

Exemples d'anéantissement[modifier | modifier le code]

Électron-proton[modifier | modifier le code]

Lorsqu'un électron de faible énergie anéantit un positron (antielectron), cette paire ne peut produire que trois ou quatre photons gamma, puisque l'électron et le positron ne portent pas suffisamment de masse-énergie pour produire des particules plus lourdes, et puisque la conservation d'énergie et l'élan linéaire ne permettent que la création d'un seul photon. Lorsqu'un électron et un positron se heurtent, s'anéantissent et génèrent des rayons gamma, de l'énergie est dégagée. Les deux particules ont une énergie au repos de 0,511 mégaélectron-volts (MeV). L'énergie dégagée par une transformation totale de leur masse équivaut à leurs énergies au repos, dans la forme de rayons gamma, chacun ayant une énergie de 0,511 MeV. Parce que le positron et l'électron se trouvent brièvement au repos au cours de l'anéantissement, le système manque d'élan (quantité de mouvement) à ce moment-là, ce qui explique la génération de deux rayons gamma. La conservation d'élan ne se réaliserait pas si un seul photon était créé dans cette réaction. Et l'élan et l'énergie sont conservés, avec 1,022 MeV de rayons gamma diffusés dans des directions opposés (expliquant la manque d'élan du système)[3]. Cependant, si l'énergie cinétique des particules est inégale, d'autres particules peuvent naître. L'anéantissement d'une paire électron-photon dont le résultat est un photon unique ne peut pas se produire dans l'espace libre parce que l'élan ne serait pas conservé dans un tel processus. La réaction à l'envers est également impossible pour cette raison, sauf en présence d'une autre particule capable d'emporter l'excédent d'élan. Néanmoins, dans la théorie quantique des champs ce processus est acceptable en tant qu'état quantique intermédiaire/mitoyen. Certains auteurs fournissent des justifications, soutenant que le photon existe pour un temps assez court pour que le principe d'incertitude puisse tenir compte de cette violation de la conservation d'élan.

Références[modifier | modifier le code]

  1. http://www.lbl.gov/abc/Antimatter.html
  2. http://particleadventure.org/eedd.html
  3. (en) Don Cossairt, « Radiation from particle annihilation », Inquiring Minds: Questions About Physics, Fermi Research Alliance, LLC (consulté le 17 October 2011)