5. Аннигиляция электронов и позитронов.
Рассмотрим микрофизику процесса
аннигиляции электрона и позитрона, когда их энергия недостаточна для рождения
новых частиц. Как исходное примем условие, что электрон и позитрон движутся при
достаточно малом прицельном параметре к точке скрещивания их начальных траекторий.
На больших расстояниях движение частиц друг к другу будет определяться
взаимодействием их электрического и магнитного зарядов. На достаточно малых
расстояниях к взаимодействию зарядов частиц добавляется взаимодействие их
дипольных моментов и спинов, которое и определяет микрофизику перехода системы
их двух частиц с ненулевой массой покоя в 
-кванты излучения, т.е. микрофизику процесса
аннигиляции электрона и позитрона.
Для удобства изложения материала, наглядности рассуждений и краткости представлены рисунки 7, 8 и 9.
На схемах рис. 7 приняты следующие обозначения:
и 
-
электрический и магнитный токи смещения;
- векторы
угловой скорости вращения векторов 
или 
>;
>
- вектор
спина;
- вектор
магнитного дипольного момента;
- вектор
электрического дипольного момента;
- вектор
импульса;
Запись вида: 
или 
означает, что антинейтрино, движущееся к нам 
, в электромагнитном поле частицы вещества,
воспринимающей импульс антинейтрино, 
сворачивается в левовинтовую
"восьмерку" – левовинтовой позитрон или в правовинтовую
"восьмерку" – правовинтовой позитрон на схемах 1 в или 1 с рисунка 8.
Аналогично, для нейтрино, сворачивающихся в электроны схем 2 а, 2 b, 2 с, 2 d рисунка 9.
Примечательно, что во всех случаях векторы импульсов позитронов и электронов направлены противоположно векторам импульсов исходных частиц: антинейтрино и нейтрино.
Левовинтовой считается "восьмерка", ближняя к нам ветвь которой направлена слева вниз направо, правовинтовой – слева вверх направо. В обоих случаях токи смещения могут иметь то или иное направление.
Электрон и позитрон при достаточном
сближении образуют метастабильную систему, называемую позитронием. Позитроний
имеет два состояния: со спином, равным 0, – парапозитроний и со спином, равным
1, - ортопозитроний. Парапозитроний распадается на 2 -кванта за время 
сек.
Ортопозитроний распадается на 3 -кванта за время 
сек.
Рассмотрим схемы образования и физику распада парапозитрония и ортопозитрония,
для чего обратимся к рис. 8 и рис. 9.
Парапозитроний.
Систему парапозитрония, движущиеся навстречу друг другу электрон и позитрон образуют при их одинаковой спиральности. Этому условию удовлетворяют следующие комбинации схем частиц на рисунках 8 и 9:
1 а – 2 b и 1 b – 2 a с левовинтовыми позитроном и электроном;
1 c – 2 d и 1 d – 2 c с правовинтовыми позитроном и электроном;
Рассмотрим одну из комбинаций, например, 1 а – 2 b. Упрощенные схемы частиц этой комбинации совмещены на рис. 10. Схема парапозитрония на рис. 10 отражает только определяющее влияние взаимодействия дипольных моментов частиц на конфигурацию их спинов. Ориентация дипольных моментов частиц на схеме соответствует их притяжению. При этом спины частиц образуют пару вращений, под действием которой происходит замедление спинового вращения частиц. Вероятно, этому замедлению способствует и усиление спин-орбитальной связи системы частиц при их вращении относительно центра инерции системы по мере сближения частиц под действием сил притяжения их зарядов и дипольных моментов.
При замедлении вращения "восьмерок"
частиц происходит перемыкание их вихревых шнуров в местах скрещивания с
образованием двух антинейтрино из позитронной "восьмерки" и двух нейтрино
– из электронной. Причем, в одну сторону движутся нейтрино и антинейтрино и в
противоположную. Эти пары и порождают 2 -кванта. Так как спин системы из нейтрино и
антинейтрино, движущихся в одном направлении, равен 0, то выходит, что спин - кванта, рождающегося при слиянии нейтрино и
антинейтрино, тоже равен 0, что противоречит современной физике.
Кстати, слияние нейтрино с
антинейтрино с образованием - кванта может быть объяснением дефицита
солнечных нейтрино в экспериментах по их регистрации.
Ортопозитроний.
Систему ортопозитрония образуют
движущиеся навстречу друг другу позитрон и электрон при их противоположной
спиральности или движущиеся в одном направлении электрон и позитрон при их
одинаковой спиральности. Аналогичную альтернативу автор не стал указывать при
рассмотрении условий образования системы парпозитрония из соображений обобщения
альтернатив при рассмотрении образования системы ортопозитрония. И тут следует
заметить, что рассматриваемые альтернативы являются частными случаями значений
углов между векторами импульсов взаимодействующих частиц. При движении в одном
направлении этот угол (обозначим его через 
) равен 0, при движении частиц навстречу друг
другу 
. В общем случае этот угол может быть любым в
пределах от 0 до 
. От этого угла и соотношения спиральностей
сближающихся частиц будет зависеть конечный вид системы.
Для простоты и краткости, как и для парапозитрония, рассмотрим ортопозитроний, который образуют движущиеся навстречу друг другу позитрон и электрон при их противоположной спиральности. Этому условию удовлетворяют следующие комбинации схем частиц на рисунках 8 и 9:
1 а – 2 с, 1 b – 2 d, 1 c – 2 a и 1 d – 2 b. Рассмотрим первую из них.
Упрощенная схема левовинтового позитрона (1 а) совмещена с урощенной схемой правовинтового электрона (2 с) на рис. 11.
Из рис. 11
видно, что система ортопозитрония находится в состоянии неустойчивого
равновесия в отношении взаимодействия дипольного магнитного момета позитрона и
дипольного электрического момента электрона. Потенциальная энергия этого
взаимодействия положительна. Она может стать отрицательной при взаимном
повороте позитрона и электрона из положения с антипараллельными векторами и и
параллельными векторами спинов в
положение с параллельными векторами и и
антипараллельными векторами спинов . Система из состояния ортопозитрония переходит
в состояние парапозитрония. При этом переходе имеет место равенство 
, где левая часть равенства является
интегральным вектором импульсов переменного вектора момента, правая часть –
изменение вектора момента импульса системы. Для модулей векторного равенства
справедливо уравнение 
Образовавшийся
парапозитроний распадается на два -кванта по описанной выше схеме. А теперь рассмотрим
микрофизику рождения первого из трех -квантов, на которые распадается ортопозитроний.
Схема этого процесса представлена на рис. 12.
При малейшем
отклонении от параллельности векторов дипольных моментов и система ортопозитрония
потеряет устойчивость: на электрон и позитрон будут действовать противоположно
направленные моменты 
взаимодействия отталкивающихся полюсов диполей
и . Так как электрон и позитрон являются гироскопами,
то векторы их спинов будут прецессировать в стороны векторов по
кратчайшему угловому расстоянию. Вращательное движение является ускоренным, а
ускоренное движение заряженных тел связано с излучением электромагнитных волн.
Взаимное вращение частиц системы в противоположных направлениях будет происходить
до тех пор, пока векторы спинов частиц не станут антипараллельными, а векторы
дипольных моментов и -
параллельными. При вращении позитрона
возникает кольцевой электрический ток смещения, т.е. произойдёт рождение
антинейтрино 
. При вращении электрона возникает кольцевой
магнитный ток смещения, т.е. произойдет рождение нейтрино 
. Рождение и строго
взаимосвязано в пространстве и во времени, поэтому их слияние с образованием -кванта происходит непременно. Спин системы и при
одинаковом направлении их векторов импульса будет равен нулю, поэтому и спин -кванта, образующегося при слиянии и , будет тоже равен нулю. Движение -кванта будет происходить в плоскости,
перпендикулярной той, в которой лежат векторы 
и 
.
Как известно, время жизни
ортопозитрония на три порядка больше времени жизни парапозитрония. Это связано
с перестроением системы из ортопозитрония в парапозитроний. Принципиально возможно
определить опережение излучения первого -кванта по отношению к моменту излучения двух других.
Аннигиляция электронов и
позитронов высоких энергий.
На основе изложенного выше описания процессов аннигиляции электронов и позитронов низких энергий простое объяснение получают и эксперименты со встречными пучками релятивистских электронов и позитронов с образование двух и трех струй микрочастиц. Эти струи пытаются спекулятивно отождествить с гипотетическими кварками и глюонами.
На самом деле количество струй
зависит от взаимной ориентации спинов взаимодействующих электронов и
позитронов, а их микрочастичный состав – от энергий взаимодействующих электронов
и позитронов и углов между их векторами импульсов. В достаточно малой области
сближения движущиеся с положительным ускорением по действием сил притяжения
своих зарядов электрон и позитрон излучают навстречу друг другу -кванты, энергия которых зависит от
релятивистских масс взаимодействующих частиц и от меняющегося расстояния между
ними. С уменьшением этого расстояния стремительно нарастают ускорения и
скорости движения электрона и позитрона и их массы. Взаимодействие этих двух потоков
-квантов между собой и с электроном и позитроном
порождает две струи микрочастиц. В состав этих двух струй добавляются и
микрочастицы, образующиеся при взаимодействии двух аннигиляционных -квантов с микрочастицами среды.
В случае ортопозитрония высокой
энергии при переходе его в парапозитроний происходит излучение двух потоков
нейтрино и антинейтрино с образованием первой струи микрочастиц. Процесс
образования микрочастиц идет по схеме: 
микрочастицы
Первая из трех струй получается
слабо выраженной, так как рождение микрочастиц происходит в электромагнитных
полях "неподвижных" частиц среды. Возможно, что относительно мала
энергия "поворотных" нейтрино и антинейтрино и образующихся из них -квантов.
Теперь, после разработки базовых элементов нашего "конструктора" перейдем непосредственно к моделям составных микрочастиц: партонов, пионов, нуклонов, массивных лептонов, мезонов, гиперонов, ядер атомов и самих атомов.
