Аннигиляция частицы и античастицы представляет собой процесс взаимодействия частицы и её антиматериального аналога, приводящего к полному исчезновению обеих частиц и превращению всей их массы в энергию. Согласно уравнению Эйнштейна $E=mc^2$, вся масса превращается в чистую электромагнитную энергию (фотоны).
### Процесс аннигиляции
Рассмотрим простейший случай аннигиляции электрона ($e^-$) и позитрона ($e^+$):
$$
e^- + e^+ \rightarrow \gamma + \gamma
$$
Здесь два фотона образуются вследствие закона сохранения энергии и импульса. Энергия каждого фотона определяется массой покоя электрон-позитронной пары:
$$
E_{\gamma} = m_e c^2,
$$
где:
- $m_e$ — масса электрона (или позитрона),
- $c$ — скорость света.
Так как обе частицы имеют одинаковую массу, полная высвобождаемая энергия равна удвоенной массе одной частицы:
$$
E_{total} = 2 m_e c^2.
$$
Для электрон-позитронной пары эта энергия составляет примерно 1 МэВ (мегаэлектронвольт). Если речь идет о тяжелых частицах (например, протонах и антипротонах), то выделяемая энергия существенно больше, пропорционально массам этих частиц.
### Чистая энергия
Термин "чистая энергия" подчеркивает тот факт, что весь запас материи преобразуется исключительно в кинетическую форму излучения, без потерь на тепловое движение, химическое взаимодействие или образование новых материальных объектов. Таким образом, вся исходная масса исчезает, уступив место чистой форме энергии — фотонам.
### Применение
Феномен аннигиляции находит применение в научных исследованиях и технологиях:
- **Медицина**: позитронно-эмиссионная томография (PET) основана на регистрации продуктов аннигиляции позитронов.
- **Энергетика**: гипотетически рассматривается возможность использования аннигиляционных процессов для производства огромного количества энергии, однако пока практические реализации ограничены трудностью хранения и управления антивеществом.
Таким образом, аннигиляция является примером прямого преобразования вещества в энергию, демонстрируя фундаментальные принципы физики элементарных частиц и энергетики Вселенной.
