Античастицы имеют ту же массу и противоположные соответствующие заряды; некоторые нейтральные частицы являются собственными античастицами. При аннигиляции сохраняются энергия, импульс и квантовые числа; продукты не обязаны быть только фотонами.
Что происходит при встрече
Частица и античастица могут аннигилировать: их энергия покоя и движения переходит в другие частицы. Электрон и позитрон при подходящих условиях дают фотоны. Протон и антипротон состоят из кварков и антикварков, поэтому столкновение обычно рождает каскад мезонов и других частиц. Во всех случаях сохраняются энергия, импульс и допустимые квантовые числа.
Обычные предметы не аннигилируют при касании, потому что почти целиком состоят из материи. Античастицы всё же встречаются в природе: их создают космические лучи, радиоактивные распады и грозовые процессы. Позитроны используют в позитронно-эмиссионной томографии.
Как удерживают антивещество
В ускорителях энергия столкновений превращается в пары частиц и античастиц. Заряженные антипротоны можно направлять электрическими и магнитными полями. Для нейтрального антиводорода нужны магнитные ловушки, действующие на его магнитный момент. Контакт со стенкой уничтожит атом, поэтому эксперименты работают с очень малым числом частиц в глубоком вакууме.
В CERN коллаборация ALPHA сравнивает спектр антиводорода с водородом и изучает его падение в поле Земли. Результаты согласуются с тем, что антиводород падает вниз; точность ещё улучшают. Это прямые тесты фундаментальных симметрий, а не путь к промышленному «антивещественному топливу».
Почему вокруг больше материи
Ранняя горячая Вселенная должна была рождать материю и антиматерию почти симметрично. Наблюдаемое вещество означает, что на огромное число пар приходился небольшой избыток материи. После аннигиляции именно этот остаток образовал звёзды, планеты и нас.
Слабое взаимодействие действительно нарушает комбинацию симметрий заряда и зеркального отражения — CP-симметрию. Но известного в Стандартной модели нарушения недостаточно, чтобы объяснить космический перевес. Поиск новых источников CP-нарушения продолжается в распадах частиц, нейтрино и свойствах антиматерии.
Некоторые нейтральные частицы, например фотон, совпадают со своей античастицей. Позитроний состоит из электрона и позитрона, а антиводород — из антипротона и позитрона. Эта чёткая экспериментальная картина оставляет один большой вопрос открытым: почему симметричная физика породила столь несимметричную наблюдаемую Вселенную.