反陽子

反陽子

反陽子のクォーク含有量。
分類	反重粒子
構成	上向き反クォーク2 個、下向き反クォーク1 個
統計	フェルミオン
家族	ハドロン
インタラクション	強い、弱い、電磁、重力
シンボル	p
反粒子	プロトン
理論化された	ポール・ディラック（1933）
発見した	エミリオ・セグレ&オーウェン・チェンバレン(1955)
質量	1.672 621 925 95 (52) × 10 −27  kg ‍ [ 1] 938.272 089 43 (29)  MeV/ c 2 [2]
電荷	−1 電子
磁気モーメント	−2.792 847 3441 (42)  μ N [3]
スピン	1 ⁄ 2
アイソスピン	− 1 ⁄ 2

反陽子は、
p
（ピーバーと発音）は陽子の反粒子です。反陽子は安定していますが、陽子と衝突するとエネルギーの爆発で 両方の粒子が消滅するため、通常は寿命が短いです。

電荷を持つ反陽子の存在−1  e、電荷の反対陽子の電子の電子 密度は、 1933年のノーベル賞受賞講演でポール・ディラックによって予言された。 ^{[4]ディラックは、1928年に発表した}ディラック方程式によって、アインシュタインのエネルギー方程式（ ）の正と負の解の存在と、電子の反物質類似体で電荷とスピンが反対の陽電子の存在を予言したことでノーベル賞を受賞した。 ${\displaystyle E=mc^{2}}$

反陽子は、1955年にカリフォルニア大学バークレー校の物理学者エミリオ・セグレとオーウェン・チェンバレンによってベバトロン粒子加速器で初めて実験的に確認され、この功績により2人は1959年のノーベル物理学賞を受賞した。

価クォークの観点から見ると、反陽子は2つのアップ反クォークと1つのダウン反クォークで構成されています（
あなた

あなた

d
）。測定された反陽子の特性は、反陽子が陽子と反対の電荷と磁気モーメントを持っていることを除いて、すべて陽子の対応する特性と一致しており、これは陽子の反物質相当物から予想されることです。物質と反物質の違いや、ビッグバンから宇宙が生き延びた経緯を説明する上で反物質がどのような意味を持つのかという疑問は、未解決の問題のままです。その理由の1つは、今日の宇宙では反物質が比較的少ないことです。

反陽子は 1979 年から宇宙線で検出されており、最初は気球実験によって、最近では衛星搭載の検出器によって検出されています。反陽子が宇宙線中に存在する一般的な見方は、反陽子は、宇宙線陽子が星間物質中の原子核と衝突して、次の反応によって生成されるというものです。ここで、A は原子核を表します。

p
+A →
p
+
p
+
p
+ あ

二次反陽子（
p
）は銀河系磁場に閉じ込められながら銀河系を伝播する。反陽子のエネルギースペクトルは星間物質中の他の原子との衝突によって変化し、反陽子は銀河系から「漏れ出る」ことで失われることもある。^[5]

反陽子宇宙線エネルギースペクトルは現在、信頼性をもって測定されており、宇宙線衝突による反陽子生成の標準的な図式と一致している。^[5]これらの実験的測定は、銀河内の超対称 暗黒物質粒子の消滅や原始ブラックホールの蒸発によって引き起こされるホーキング放射など、特異な方法で生成される可能性のある反陽子の数に上限を設定した。これにより、反陽子の寿命の下限も約100万～1000万年となる。反陽子の銀河系内貯蔵時間は約1000万年であるため、固有の崩壊寿命は銀河系内滞留時間を変え、宇宙線反陽子のスペクトルを歪めることになる。これは、反陽子寿命の最良の実験室測定よりも大幅に厳密である。

• CERNにおけるLEARコラボレーション:0.08年
• Gabrielseらによる反水素ペニングトラップ:0.28年^[6]
• CERN での BASE 実験:10.2年^[7]
• フェルミ国立加速器研究所におけるAPEX協力:5万 年​
  p
  →
  μ⁻
  + 何でも
• フェルミ国立加速器研究所における APEX コラボレーション:30万 年​
  p
  →
  e⁻
  +
  γ
  

CPT 対称性により、反陽子の特性の大きさは陽子の特性と正確に相関すると予測されます。特に、CPT 対称性は、反陽子の質量と寿命が陽子と同じであること、反陽子の電荷と磁気モーメントが陽子と符号が反対で大きさが等しいことを予測します。CPT 対称性は量子場理論の基本的な帰結であり、その違反はこれまで検出されていません。

• BESS : 気球搭載実験。1993 年、1995 年、1997 年、2000 年、2002 年、2004 年 (Polar-I)、2007 年 (Polar-II) に飛行。
• ^{CAPRICE: 1994年[8]}と1998年に飛行した気球実験。
• HEAT: 2000 年に実施された気球による実験。
• AMS : 宇宙ベースの実験。プロトタイプは1998 年にスペースシャトルで飛行し、国際宇宙ステーション向けに開発され、2011 年 5 月に打ち上げられました。
• パメラ：宇宙からの宇宙線と反物質を検出する衛星実験。2006年6月に打ち上げられた。最近の報告では、南大西洋異常地帯で28個の反陽子が発見された。^[9]

反陽子はフェルミ国立加速器研究所のテバトロン衝突型加速器で陽子と衝突させる物理実験のために日常的に生成されていた。反陽子を使用すると、陽子と陽子の衝突よりも高い平均エネルギーでクォークと反クォークを衝突させることができる。これは、陽子内の価クォークと反陽子内の価反クォークが、陽子または反陽子の運動量の大部分を担う傾向があるためである。

反陽子の形成には 10 兆K (10 ¹³ K)の温度に相当するエネルギーが必要であり 、これは自然には起こりにくい。しかし、CERN では、陽子を陽子シンクロトロンで 26 G eVのエネルギーまで加速し、イリジウム棒に衝突させる。陽子はイリジウム原子核に跳ね返り、物質が生成されるのに十分なエネルギーを持つ。さまざまな粒子と反粒子が形成され、真空中で磁石を使って反陽子が分離される。

2011年7月、 CERNのASACUSA実験により、反陽子の質量は1 836 .152 6736 (23)倍の電子の質量である。^[10]これは実験の確実性の範囲内で陽子の質量と同じである。

2017年10月、CERNのBASE実験に携わる科学者たちは、反陽子の磁気モーメントを1.5ppbの精度で測定したと報告した。^{[11] [12]}これは、陽子の磁気モーメントの最も正確な測定値（同じくBASEが2014年に実施したもの）と一致しており、CPT対称性の仮説を裏付けている。この測定は、反物質の特性が物質の同等の特性よりも正確に判明した初めてのケースである。

2022年1月、BASE実験では反陽子と負に帯電した水素イオンの電荷質量比を比較し、反陽子の電荷質量比が陽子の電荷質量比と16兆分の1まで同一であることを明らかにした。^{[13] [14]}

反陽子は、現在イオン（陽子）治療に使用されている方法と同様の方法で、実験室内で特定の癌を治療する可能性があることが示されています。^[15]反陽子治療と陽子治療の主な違いは、イオンエネルギーの付与後に反陽子が消滅し、癌の領域に追加のエネルギーが付与されることです。

• 反中性子
• 重水素 § 反重水素
• 反陽子ヘリウム
• 粒子のリスト
• 反物質のリサイクル
• 陽電子