反物質について教えてください。

Question

反物質とは wiki によると
質量とスピンが全く同じで、構成する素粒子の電荷などが全く逆の性質を持つ反粒子によって組成される物質。
と、書かれています。

性質として
物質と反物質が衝突すると対消滅を起こし、質量がエネルギーとなって放出される。

これだけを読むと、なぜ対消滅を起こすのかは理解できません。
電荷などの性質がプラスマイナス０になることは想像できますが、
質量は０になるわけでは無いので、消滅する理屈がわかりません。

例えば、反物質の質量が負の質量を持つというのであれば、
質量がプラスマイナス０になって消滅しちゃうのかな～と、想像できます。
とはいえ、質量がプラスマイナス０で消滅すると、今度はエネルギーも０になります。

ということで質問

対消滅する理屈はどう考えれば良いですか?
素人にもわかるようなレベルで回答をいただけるとありがたいです。
もしくは、参考となるサイトがあれば教えてください。

noname_deadbeef · Accepted Answer

質量とエネルギーはほぼ等価であり、質量が消えればそれに相当するエネルギーが他の形で現れる。
核分裂とかでエネルギーを取り出すと質量が減るというのは聞いたことがあるでしょう。ただこういう時に核子（陽子＋中性子）の個数が減っているわけではありません。

質量は必ずしも素粒子のアイデンティティではないのかもしれない、と思っていただければ、むしろ「中性子は勝手に消えたりしないのに、なぜ電子と陽電子が出会うと対消滅するの？」というのが疑問の核にあるのではないでしょうか。

対消滅や対生成の説明には「ディラックの海」や「真空のゆらぎ」が使われる、ような気がします…検索してみてください。

真空は実は負のエネルギーを持つ電子で満たされていて、そこから電子を1個取り出す（正のエネルギーを与える）と、そこに残った穴（負の電荷と負のエネルギーを持つものが1個失われた状態はつまり正の電荷と正のエネルギーを持っているのと同じ）が陽電子である、というのがディラックの海です。（なかなかぶっ飛んだ発想ですよね）

他の考え方でも負のエネルギーというのが登場します。一説によれば、反粒子とは「負のエネルギーを持ち時間を逆行する粒子」なのだそうです。つまり
飛んできた粒子がある時点で粒子2個分のエネルギーを放出して時間を逆行し始めた　＝　粒子と反粒子が対消滅して光子が2個対生成された
ということらしいです（更にぶっ飛んでます）

理論を数学的に解釈すると本当にそうなってしまう（詭弁とかではなく）、のですが、まあそれを真面目に受け取らなくてもよくて、「そんなふうな言い方もできるぐらいに粒子と反粒子は同じものなのだなあ」と思うことにしています。

tknakamuri · Answer

>粒子と反粒子はおなじ質量です。

慣性質量と重力質量の比を求めるらしいですね。

磁気トラップ内に反水素を作り、落下方向を測定らしいです。

chiha2525 · Answer

対生成から考えると分かりやすいかもしれません。
空間に（一定の）エネルギーを与えてやると、粒子が飛び出してくる、しかも２つ。１つは良く知っているけど、もう１つはあまり見かけない。見かけないほうが反物質ですね。反物質はあまり見かけないので、性質もよく分かっていない、かな。反物質の分子は存在するのかなど。
対消滅はこの対生成の逆反応と捉えることができます。

何故このようなことが起こるのかというのは、あまり分からないのです。そのような現象がある、というところからスタートして、それを説明する理論を作るというのが、どちらかといえば物理学です。
ですからいろいろな考えが出てきます。反物質を穴だと見るディラックの海や、時間反転した素粒子、ただの電荷反転の粒子などなど。

Water_5 · Answer

加速器に於いて粒子、反粒子が衝突すると
エネルギーとなって解放される。

ことが確認されている。専門家の間では常識ていどになっている。
ただ、我々、一般人には理解しがたい話ではある。

BASKETMM · Answer

１．
電気のエネルギーは、光のエネルギーに変わったり、熱のエネルギーに変わったりします。
モーターを使って、電車を動かすときには、電気のエネルギーが運動のエネルギーに変わるのです。
２．
この時  電気のエネルギーは消滅したのではなく、形を変えただけです。

３．
逆に水力発電所では、水流の持つ運動エネルギーが電気エネルギーの変わります。

４．
この様にエネルギーには色々な形があり、互いに移り変わります。『変換』とも云われます。あくまで『変換』であり、『消滅』ではありません。

５．
エネルギー同士のみではなく、質量もエネルギーに変わることをアインシュタインが発見しました。

６．
お問い合わせの場合も、粒子／反粒子の質量は消滅したのではなく、エネルギーという別の形に変換されたのです。

７．
しつこく申します。『対消滅』という言葉を誤解しないで下さい。粒子は消滅します。しかし質量は消滅せず、エネルギーに変換されるのです。

８．
ウランが崩壊して別の原子になるとき質量が僅かに減ります。この質量は消滅したのではなく、エネルギーに変換されたのです。原子力発電も、原子爆弾もこのエネルギーを利用しています。

９．
粒子と反粒子がぶつかった場合には、質量は『光のエネルギー』に変換されると、私は理解しております。（専門ではありませんから確かではありません。）光と云ったのは広い意味の電磁波のことで、ガンマー線なども含まれます。

１０．
逆にエネルギーが質量に変換される例を私は知りません。どなたかご存じでしたら教えて下さい。『対消滅』の逆現象として『対生成』という現象もあるそうですが。

Classified · Answer

> 反物質の質量が負の質量を持つというのであれば

ちなみに、これは間違い。標準理論では、粒子と反粒子はおなじ質量です。

Classified · Answer

量子論の本の表面をかじっただけの知ったかぶりですが....

場の量子論においては、粒子と反粒子は波動関数が複素共役の関係にあるもの。　
だから、二つを足すと　虚部はゼロになるけど実部は残る。　ゼロになったりはしない。
で虚部がゼロなのは、光子やπ中間子といった真性中性粒子に相当する。

ということで、質量のある電子と陽電子が一つになって光子になると、光子は質量ゼロだから　質量->エネルギーの変換になる。

tknakamuri · Answer

反物質の質量測定の試みは５月にCERNで始まったばかりです。
そのうち白黒付くと思いますよ。

マイナスだったらダークマターなんて
なかったということになると主張する学者もいるそうですね。

反物質について教えてください。

質量とエネルギーはほぼ等価であり、質量が消えればそれに相当するエネルギーが他の形で現れる。

>粒子と反粒子はおなじ質量です。

対生成から考えると分かりやすいかもしれません。

加速器に於いて粒子、反粒子が衝突すると

１．

> 反物質の質量が負の質量を持つというのであれば

量子論の本の表面をかじっただけの知ったかぶりですが....

反物質の質量測定の試みは５月にCERNで始まったばかりです。

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