annihilation

Annihilation er i fysikken tilintetgørelse af en elementarpartikel og dens antipartikel under frigørelse af energi. Annihilation forekommer i naturen, fx når en radioaktiv atomkerne udsender en positron, elektronens antipartikel. Positronen indfanges af en elektron i det omgivende stof, og de to partikler omdannes ved annihilation til to (sjældent tre) fotoner eller gammakvanter, dvs. lyskvanter med langt højere energi end kvanter af synligt lys.

Fotonernes energier er bestemt af elektronens og positronens masser via Einsteins formel for ækvivalensen mellem masse og energi (se relativitetsteori). Disse masser svarer hver til en energi på 511 keV (511.000 elektronvolt). Ved den omtalte proces ses derfor to gammakvanter, som udsendes i modsatte retninger, hver med en energi på 511 keV. Denne annihilationsstråling er et karakteristisk signal for positronannihilation (se positronium). Den modsatte proces af annihilation er pardannelse, hvorved energi omdannes til et par, dvs. en elementarpartikel og dens antipartikel. Ved annihilation mellem en nukleon (atomkernepartikel: proton eller neutron) og en antinukleon dannes normalt adskillige pioner, som hurtigt henfalder i flere trin til elektroner, positroner, neutrioner og fotoner.

I den eksperimentelle elementarpartikelfysik udgør studiet af annihilation, frembragt kunstigt i acceleratorer mellem elektroner eller protoner og disses antipartikler, en frugtbar forskningsteknik, idet partiklernes energier er til rådighed for skabelse af nye partikler. Berømte eksempler er opdagelsen af J/Ψ-partiklen bestående af en ny slags kvark, der udløste nobelprisen 1976, og skabelsen af W-partikler og Z-partikler (bærere af de svage kernekræfter), som gav Nobelprisen i 1984.

Eksemplet med annihilation af et elektron-positron-par er således blot ét blandt myriader af annihilationsprocesser i elementarpartikelfysik. Sådanne annihilationsprocesser kan kun finde sted på dybeste niveau af naturlovene, da de er baseret på den kvantemekaniske beskrivelse, hvori elementarpartikler er unikt bestemt ved et meget lille (ofte blot to) kvantetal. Såfremt disse kvantetal er modsatte for to partikler, kan partiklerne annihilere hinanden. I makroskopiske objekter, der er beskrevet ved klassiske bevægelsesligninger, er det i praksis umuligt at opnå en sådan eksakt balance af kvantetal. Selv hvis man kunne forestille sig makroskopiske objekter af både stof og antistof, vil deres annihilation således være en betydeligt mere kompliceret proces.