電子・陽電子対消滅

電子-陽電子消滅は、電子( e ⁻）と陽電子（e ⁺電子と陽電子（電子の反粒子）が衝突する。低エネルギーでは、衝突の結果、電子と陽電子は消滅し、高エネルギー光子が生成される。

e ⁻ + e ⁺  → γ + γ   

高エネルギー領域では、B中間子やWボソン、Zボソンなどの他の粒子が生成される可能性がある。すべての過程は、以下のいくつかの保存則を満たさなければならない。

• 電荷保存の法則。電荷の前後の正味電荷はゼロである。
• 線運動量と全エネルギーの保存則。これは単一光子の生成を禁じる。しかし、量子場理論ではこの過程は許容される。消滅の例を参照のこと。
• 角運動量保存の法則。
• 全レプトン数（すなわち正味レプトン数）の保存。これは、レプトン（電子など）の数から反レプトン（陽電子など）の数を引いたものです。これは、（正味）物質の保存の法則として説明できます。

他の2つの帯電物体と同様に、電子と陽電子も、一般的には弾性散乱 によって、消滅することなく相互作用することがあります。

最終状態の可能性は非常に限られています。最も可能性が高いのは、2 個以上のガンマ光子が生成されることです。エネルギーと運動量の保存則により、1 個の光子だけが生成されることは許されません。（この規則の例外は、強く結合した原子電子の場合に発生する可能性があります。^{[ 1 ]}）最も一般的なケースでは、2 つのガンマ光子が生成され、それぞれのエネルギーは電子または陽電子の静止エネルギーに等しくなります（0.511 MeV ）。^{[ 2 ]}便利な参照系は、消滅前にシステムが正味の線運動量を持たない系です。したがって、衝突後、ガンマ光子は反対方向に放出されます。また、一部の角運動量状態では電荷パリティを保存するために3つの光子が生成されることもよくあります。^{[ 3 ]}より多くの光子を生成することも可能ですが、これらのより複雑なプロセスは確率振幅が低いため、ガンマ光子が1つ増えるごとに確率は低くなります。

ニュートリノは電子よりも質量が小さいため、対消滅によって1つ以上のニュートリノ・反ニュートリノ対が生成される可能性もあるが、極めて低い。このような過程が起こる確率は、光子への対消滅が起こる確率の約1万分の1である。電子と少なくとも1つの基本的な相互作用を持ち、かつ保存則によって禁止されていない限り、同様に軽い他の粒子についても同じことが言える。しかし、そのような粒子は他に知られていない。

電子または陽電子、あるいはその両方が相当な運動エネルギーを持つ場合、相対速度に十分な運動エネルギーが存在するため、他のより重い粒子（ D中間子やB中間子など）も生成され、それらの粒子の静止エネルギーが確保される。あるいは、光子やその他の軽い粒子を生成することも可能だが、それらはより高い運動エネルギーを持って出現する。

弱い力の担体であるWボソンとZボソンの質量に近い、あるいはそれを超えるエネルギーでは、弱い力の強さは電磁力に匹敵するようになる。^{[ 3 ]}その結果、他の物質と弱い相互作用しか持たないニュートリノなどの粒子を生成することがはるかに容易になる。

粒子加速器における電子・陽電子対消滅によってこれまでに生成された最も重い粒子対はW ⁺である。– W ⁻ヒッグス粒子（質量 80.385 GeV/c ² × 2）のペア。最も重い単電荷粒子はZ ボソン（質量 91.188 GeV/c ^{2 ）です。}国際リニアコライダーを建設する主な動機は、この方法でヒッグス粒子（質量 125.09 GeV/c ² ）を生成することです。

電子-陽電子消滅過程は、陽電子放出断層撮影（PET）および陽電子消滅分光法（PAS）の基礎となる物理現象です。また、電子陽電子消滅放射の角度相関と呼ばれる技術によって、金属のフェルミ面とバンド構造を測定する方法としても使用されます。さらに、核遷移にも使用されます。陽電子消滅分光法は、金属や半導体の結晶欠陥 の研究にも使用され、空孔型欠陥の唯一の直接プローブと考えられています。^{[ 4 ]}

逆反応である電子・陽電子生成は、二光子物理学によって支配される対生成の一形態である。