Annihilatsioon

Annihileerumine on elementaarosakeste füüsikas protsess, mille käigus elementaarosake põrkub oma antiosakesega. Osake ja antiosake hävivad ning nende asemele tekivad muud osakesed, mis kannavad ära annihileerumisel tekkiva energia ja momendi.

Annihileerumise energia

Annihileerumisel vabanev energia on väga suur. Seda väljendab valem E=(m₁+m₂)c², kus

• E on annihileerumisel vabanev energia
• m₁ on osakese seisumass
• m₂ on antiosakese seisumass
• c on universaalne konstant - valguse kiirus vaakumis.

Tuleb silmas pidada, et lisaks annihileerumise energiale kannavad annihileerumise tulemusena tekkinud osakesed ära ka annihileerunud osakeste seisuenergiat ületanud energia. Ehk kui osake ja antiosake elementaarosakeste kiirendis omavahel kokku põrkavad, siis saavad annihileerumise tulemusena tekkivad osakesed endale ka kokku põrganud osakeste kineetilise energia.

Annihileerumise tingimused

Annihileerumine on võimalik ainult osakese ja tema antiosakese vahel.

Annihileerumise tulemusena ei saa osake ja antiosake lihtsalt "kaduda". Tulenevalt energia jäävuse seadusest peab tekkima vähemalt üks osake, mis võtab enda kanda nii annihileerunud osakestel olnud, kui ka annihileerumise tulemusena tekkinud energia. Samuti ei tohi rikkuda momendi jäävuse seadust ning seega peab annihilatsiooni tulemusena eralduvaid osakesi olema vähemalt kaks või rohkem.

Kuna kõik antiosakese kvantarvud on sama suured kui osakesel, kuid vastupidise märgiga, siis annihileerumise tulemusena tekkinud osakesel peavad kõik kvantarvud olema nullid. Kõige levinum selline osake on footon, mis on ka enamuse annihilatsiooniprotsesside lõpptulemus. Samas võib kui osakese ja antiosakese energia on piisavalt suur, siis võivad annihileerumise tulemusena tekkida ka suvalised muud osakesed, mille kõik kvantarvud on nullid. Tavaliselt on need osakesed ebastabiilsed ning lagunevad kohe peale tekkimist lihtsamateks (madalama energiaga) osakesteks.

Aine ja antiaine annihileerumine

Ulmeraamatutes tihti kirjeldatud aine (füüsika) ja antiaine annihileerumine taandub tegelikult aine moodustanud elementaarosakeste annihileerumisele. Iga aine aatomi elektron annihileerub positroniga, prooton antiprootoniga ja neutron antineutroniga. Tulemusena tekib suur arv kõrge energiaga footoneid. Kuigi ulmekirjanduses kirjeldatakse seda kui "eredat valgussähvatust", siis tegelikkuses on tegemist pigem tugeva gammakiirgusega.

Valguse kiirusele lähedaste kiirustega sõitva (hüpoteetilise) footonraketti edasiviiv jõud pidi tulema aine ja antiaine annihilatsiooniprotsessist. Laeva sabas pidi olema suur peegel, mis annihileerumise tulemusena tekkivad footonid tagasi peegeldas ning selle tulemusena tekkinud tõukejõu laevale üle kandis. Kuna footonid liiguvad valguse kiirusega, siis peaks olema teoreetiliselt võimalik nende abil kiirendada ka kosmoselaev valguse kiirusele lähedaste kiirusteni.