Antiparticle และ Antimatter

จาก Thailand Science and Technology Wikipedia

Antiparticle และ Antimatter

อนุภาค (particle) ทุกชนิด มีปฏิอนุภาค (antiparticle) เป็นคู่เสมอ โดยที่ปฏิอนุภาคจะมีคุณสมบัติทางกายภาพ เช่นมวลเท่ากับของอนุภาค แต่มีคุณสมบัติบางชนิด เช่นประจุไฟฟ้า หรือทิศทางการหมุน (spin) ของโมเมนต์แม่เหล็ก (magnetic moment) ตรงกันข้ามกับของอนุภาค

ตัวอย่างเช่น ปฎิอนุภาคของอิเล็กตรอนคือ แอนติอิเล็กตรอน (antielectron) มีมวลเท่ากับมวลของอิเล็กตรอน แต่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวก ตรงกันข้ามกับของอิเล็กตรอนที่เป็นลบ

แอนติอิเล็กตรอนมีชื่อเฉพาะเรียกว่า โปสิตรอน (positron)

ปฏิอนุภาคของโปรตรอนคือ แอนติโปรตรอน (antiproton) มีมวลเท่ากับมวลของโปรตรอน แต่มีประจุไฟฟ้าตรงกันข้ามกับของโปรตรอน กล่าวคือแอนติโปรตรอนมีประจุไฟฟ้าเป็นลบ

ปฏิอนุภาคของนิวตรอนคือ แอนตินิวตรอน (antineutron) มีมวลเท่ากับมวลของนิวตรอน และก็มีประจุไฟฟ้าชนิดเดียวกันของนิวตรอน คือต่างก็เป็นกลาง ความแตกต่างของปฏินิวตรอนกับนิวตรอนอย่างเป็นวิชาการ คือทิศทางการหมุนของโมเมนต์แม่เหล็ก ซึ่งจะตรงข้ามกันและกัน แต่อาจอธิบายอย่างเป็นรูปธรรมง่ายๆ สำหรับความแตกต่างระหว่างแอนตินิวตรอนกับนิวตรอนได้ว่า สนามแม่เหล็กของปฏินิวตรอนจะมีทิศทางตรงกันข้ามกับของนิวตรอน

บรรดาอนุภาคอื่นๆ เช่น มิวออน ไพออน เค-เมซอน รวมไปถึงอนุภาคที่เป็นอนุภาคพื้นฐานจริงๆ ของวิทยาศาสตร์ยุคใหม่คือ ควาร์ก (quark) ก็มีปฏิอนุภาคเช่นกัน

ตามทฤษณีฟิสิกส์ยุคใหม่ ควาร์กจะมีด้วยกันทั้งหมดหกชนิด แต่ละชนิดของควาร์กก็จะมีแอนติควาร์ก (antiquark)ด้วย โดยที่แอนติควาร์กแต่ละชนิดจะมีประจุไฟฟ้าตรงกันข้ามกับของควาร์ก

ก่อนหน้าปี ค.ศ.1930 วงการวิทยาศาสตร์ยังไม่รู้จักปฏิอนุภาค ในปี ค.ศ.1930 นั้นนักฟิสิกส์ชื่อ พอล ดิแรก (Paul Dirac) ได้เสนอความคิดเรื่องของปฏิอนุภาคขึ้นมา โดยพิจารณาจาการใช้ทฤษณีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์กับทฤษณีควอนตัมว่า อนุภาคดังเช่นอิเล็กตรอนจะมีอนุภาคตรงกันข้ามเป็นคู่ โดยมีมวลเท่ากับอิเล็กตรอน แต่มีประจุไฟฟ้าเป็นบวกและกล่าวถึงอนุภาคอื่นๆ ด้วยเช่น โปรตรอน ว่าก็น่าจะมีปฏิอนุภาคเป็นคู่กัน ต่อมาจึงมีการค้นพบปฏิอนุภาคของอนุภาคต่างๆ หลายชนิดจริง

อนุภาคกับปฏิอนุภาค มีคุณสมบัติอย่างหนึ่ง คือพบกันไม่ได้ เพราะถ้าพบกันก็จะทำลายล้างกัน เกิดเป็นพลังงาน เช่น ถ้าอิเล็กตรอนพบกับโปสิตรอนก็จะทำลายกันเอง เกิดเป็นพลังงาน

กำเนิดของปฏิอนุภาคที่สร้างขึ้นมาโดยนักวิทยาศาสตร์ ก็มักจะเกิดเป็นคู่ๆ กับอนุภาค เช่นจากการสลายตัวของโฟตอน (photon) ซึ่งเป็นอนุภาคของแสงและก็ถือเป็นพลังงานบริสุทธิ์ได้นั้น โฟตอนที่สลายตัวในสภาวะบางอย่าง ก็จะเปลี่ยนไปเกิดเป็นอนุภาค-ปฏิอนุภาคเป็นคู่ๆ กัน เช่นเกิดเป็นอิเล็กตรอนกับโปสิตรอน สำหรับปฏิสสาร (antimatter) ถึงปัจจุบันมีสองความหมาย

ความหมายหนึ่งคือ ชื่อเรียกรวมๆ ของบรรดาปฏิอนุภาค เช่น โปสิตรอน แอนติโปรตรอน แอนตินิวตรอน แอนติมิวออน ฯลฯ ตามความหมายที่ 1นี้ ปฏิสสารก็มีจริง เพราะบรรดาปฏิอนุภาคมีอยู่จริง

ความหมายที่ 2 ของปฏิสสารคือ ซึ่งเรียกบรรดาสสารซึ่งประกอบด้วยอะตอมที่เป็นปฏิอะตอม (antiatom)

ตัวอย่างเช่น แอนติไฮโดรเจน ก็จะประกอบด้วยนิวเคลียส คือแอนติโปรตรอน มีโปสิตรอนโคจรอยู่รอบนิวเคลียส ปฏิสสารตามความหมายที่ 2 ยังเป็นเพียงทฤษณี เพราะยังไม่มีการค้นพบปฏิสสารเลย ทั้งในธรรมชาติและในห้องทดลอง