1. В микромире каждой частице соответствует античастица. В пекоторых случаях частица совнадает со своей античастицеї, т. е. все свойства частицы п античастицы тождествепны. В таком случае элементарные частицы называют истинио нейтральными частицами. К ним относятся фотон $\gamma, \pi^{0}$-мезон, $\eta^{0}$-мезон, $J / \psi$-мезои, ипсилон-частица $\Upsilon$. Если же частица и аптичастица не совпадают, то массы, спниы, изотопические спипы, времена жизни у частицы и античастицы одинаковы, а прочие характеристики (электрический заряд, магпитный момепт, лептонные и барионные заряды, странность, очарование, красота) одинаковы по абсолютной величине, но противоположны но зпаку. (Бстреๆающиеся здесь термины будут онределены в следующих нараграфах.) Так, электроп и протон отличаютея от позитрона (аптиәлектрона) и аптипротона прежде всего знаком әлектрического варяда. Нейтроп отличается от антинейтрона знаком магитиого момента. Лептоные заряды у лентопов и аптилептопов, барионные заряды у барнонов и антибарионов противоположны мо зиаку.

Понятия частицы и аптнчастицы относителыны. Что пазвать частицей и что аптичастицей – это вопрос соглапения. Электроп считают частицей, а познтроп – аптичастицей только потому, что в напей Вселенной преобладают имеппо электрой, а позитропы являются более экзотическими объектами. Но, в прииципе, с равным успехом частицей можно было бы назвать позитрон, а электроІ – античастицей.
2. Первая аптичастица – nозитрои (аптиэлектрон) была предсказана теоретически Дираком в 1931 г. и обпаружена в 1932 г. Андерсоном (р. 1905). Дпрак псходил из предложенпого им релятивистского волнового уравнепия и прппципа Паули. Рассмотрение его теории, по существу, далеко выходит за рамки нашего курса, и мы не будем ее касаться. Отметим только, что теория Дирака в вопросе о частицах и аптичастицах, во всяком случае, недостаточна. Это видпо уже из того, что она построена для электрона, а он имеет спин $1 / 2$ и относится $\mathbf{n}$ по и бозоны. Существование аптитастиц является более фувдаментальым фактом, чем думали сначала. Современная квантовая теория поля решаст этот вопрос, но на этом мы останавливаться не можем.

Алдерсон открыл позитроп в составе космических лучей, фотографируя следы космических частиц в камере Вильсона. След позитрона был похож па стед электрона, по в магнитном поле он загибался в противоположную сторону. Это свидетельствовало о положительном паке заряда наблюдаемой частицы. О направтении полета частицы можно было судить по увеличению кривизны следа при ее движении. Для того чтобы усилить этот тику, проходя через которую позптрон тормозился, и уменьшепие радиуса кривнзыы его следа становилось болеө вначитөльшым. По кривизе следа $\Lambda$ дерсон вычислил әнергию частицы. Єсли бы это бы протоп, то его пробег при установленном Авұерсоном зпачени энергии был бы примерно в 10 раз меньше найлюдаемого в действительности. Это овиалало, что масса открытої положительно заряженной частицы была меньшө массы протона.

В 1933 г. вскоре после открытия Андерсопа Бләккет (18971974) и Оккиалини (р. 1907) открыли электронно-повитронны ө ливии в космических лучах. Опи пользовались камерой Вильсона, ущравляемой посредством стетчиков. Камера помещалась межуу двумя счетчиками и срабатывала только тогда, когда через ойа счетчика одновременно пролетала ионизующая варяжепия частица. В этот момент и шроизвдилось фотографирогание. Измеряя гривизну треков, исследователи также пришли н закночению о существовапии позитропа.
3. В вакууме при отсутствии вещества позитрон столь же стабилеи, что и әлектрон. Однако при встрече әлектрона с позитроном эти частицы «аннигилируют», т. е. превращаются в двн, три или песколько квантов излучепня. Один $\gamma$-квант излучиться не может, так как в этом случае нарушился бы закон сохранения импульса. Это очевидно, если рассмотреть процесс в системе центра масс и принять во внимапие, что число излученных $\gamma$-кваптов от выбора системы отсчета не зависит. Значит, и в любой системе отсчета один $\gamma$-квант излучиться не может.

Существует обрратный процесс: $\gamma$-квант может породить пар\”! $\mathbf{e}^{+} \mathrm{e}^{-}$. Для этого необходимо, чтобы әнергия $\gamma$-кванта была ня менише собственпой эпергии пары $2 m_{\mathrm{e}} c^{2}$. Этот процесс може происходить только в присутствии третьего тела, нашример атомного ядра, иначе парушился бы закон сохранения импульса. Действительно, в системе центра масс образовавшейся пары импульс пары был бы равен пулю, тогда как импульс породившего ее $\gamma$-кванта отличеш от нуля. При наличии атомного ядра импульс $\gamma$-кванта будет восприниматься ядром. В произвольної же системө отсчета импульс исчезнувшего кванта распредетится мөжду тремя частицами: атомным ядром, электроном и нозитроном. Нарушения закона сохрапения импульса не произойдет.

Позитроны могут пөявляться также в позитроной радпоактивности и в других процессах превращения ядерных и элементарных частиц. Образование пар $\mathrm{e}^{+} \mathrm{e}^{-} \gamma$-квантами высоких әнергий и позитронная радноактивность служат основными процессами для получения позитронов.

При столюновениях медленных позитронов с атомами вещества позитроны могут захватывать әлектроны из атомної оболочки. В результате образуется связаная система из электрона и позитрона, пазынаемая позитропием. Различают ортопозитроний (когда спины $\mathrm{e}^{+}$и $\mathrm{e}^{-}$направлены параллельпо) и парапозитроний (когда спины паправлены противоположно). Нозитроний – нестабильпая частица, так как нозитроп и әлентроп быстро апиигилируют с образованием $\gamma$-квантов. Парапозытроний аннигилирует в два $\gamma$-кванта за время $1,25 \cdot 10^{-10}$ с. а ортопозитроний – в три $\gamma$-квапта за время $1,4 \cdot 10^{-7}$ с. Позитроиий – простейшая система, связаная чисто электромагнитыы силами (без участия сильных взаимодействиї). Поэтому изучение позитрония представляет особый интерес для проверк квантовой электродинамикн.
4. В 1955 г. па ускорителе протонов в Беркли (максималыпая өнергия 6,3 ГәВ) груной американских физиков были открыты антипротоныл. Согласно закону сохранения барионого зардда (см. § 108) аптипротон может образоваться только в паре с протоном (или пейтроном, если нозволяет закоп сохранопия алектрического заряда). Аптипротоны получались при сто.кновепиях ускореных протонов с протонами же, входяцими в состав ядер медной мишени. Пороговая эпергия протопов (в лабораторпой системе отсчета, где мишень покоится) равна 5,6 ГэВ (см. § 107, пункт 4). Система отклоняющих магпитов ото́прала отрицательно заряженные частицы, нодавляющее большиство которых составляли $\boldsymbol{\pi}^{-}$-мезоны. Выделение антиротонов на нодавляющем фоне $\pi \rightarrow$-мезопов и представляло главиую трудность әксперимепта (например, при эшергии 6,2 ГәВ на $62000 \pi^{-}$-мезонов приходился одип антицротон). Массы частиц опрелелялись измерешием их импульса (по отклонению в магнитном поле) и скорости. Последняя определялась двумя независимыми способами: по времени пролета между двумя люминесцептыыми счетчиками и счетчиками Черепкова. Черенковский счетчик был отъюстирован так, что он регистрировал только частицы со скоростями, равными скорости антипротонов, а более быстрые л-мезоны не регистрировал. На современных ускорителях получаются пучки антипротопов, содержащие до $10^{6}$ частиц в пучке.

Через год после открытия антипротопа был получен и аитипейтрон. Аптинейтроны получались перезарядкой аптипротопов, т. е. в результате реакции
\[
\bar{p}+\mathrm{p} \rightarrow \mathrm{n}+\overline{\mathrm{n}} .
\]

Появлепие аптинейтрона обпаруживалось наблюдением сго аннигиляции с нуклонами. Будучи нейтральным, аптинейтрон не ионизует атомы вещества, через которое оп пролетает. Ilo этой иричине антинейтрон не оставляет следа в детекторе. Однако при анпигиляции аптинейтрона возникает несколько заряженных частиц, следы которых выходят из одной точки (звезда).
5. Поскольку позитроп и антипротон так же стабильны, как и соответствующие им частицы, наряду с обычным веществом физика допускает существование и антивещества. Ядра атомов антивещества построены из антипротонов и антинейтпонов. Шх оболочки состоят пз позитронов. Первое антиядро – антидейтерон $a$ – было получено в 1965 г. в ускорителе группой америкапских физиков под руководством Ледермана (р. 1922). В 1969 г. на ускорителе в Серпухове ( 76 ГэВ) под руководством 10. Д. Прокошкина (р. 1929) было зарегистрировано ядро аптигелия ${ }^{3} \overline{\mathrm{He}}$, состоявшее из двух антипротонов и одного антицейтрона. В 1974 г. там же было получено ядро антитрития ${ }^{3} \mathrm{H}$. Оно состоит из одного антишротона и двух антинейтронов. Во Вселепной антивещество астрономами не обнаружено. Не исключспо, что во Вселенной автивещества и пет. (В первпчны космических лучах число регистрируемых антипотонов примерпо в $10^{3}-$ $10^{4}$ раз меньпе числа протонов.) ІІричину такой асимметрии, если она существует, надо искать в шроисхождепии и эволюции Вселенной.

Аннигилируют не только электроп с позитроном, но и всякая частица со своей античастицей. Олнако при анпигиляции тяжелых частид и античастиц возникают не столько $\gamma$-кванты, сколько цругие легкие частицы. Гричина этого в том, что апигиляция позитрона с электроном шропсходит в результате электромагнигного взаимодействия, тогда как аннигиляция более тяжельх частиц и античастиц, являющихся адропами, вызывастся силыныи взаимодействием. Так, при аннигиляции протона с антипротопом доля появляюшихся $\gamma$-квантов ничтожна по сравнению с долей $\pi$-мезонов. Аннигиляция же с испусканием нескольких (больще двух) л-мезонов более вероятна, чем двухмезонная. Среднее число всех л-мезонов (заряженных и нейтральных), появляющихся при анвигиляции одного медленного протона с одпим антипротоном, равно приблизительно 4,8 , а одних заряженных $-3,1$.