группа элементарных частиц , имеющих те же значения масс и прочих физических характеристик, что и их 'двойники' - частицы, но отличающихся от них знаком некоторых характеристик взаимодействий (например, электрического заряда, магнитного момента). Сами названия 'частица' и 'античастица' в известной мере условны: можно было бы называть антиэлектрон (положительно заряженный электрон) частицей, а электрон - античастицей. Однако атомы вещества в наблюдаемой нами части Вселенной содержат электроны именно с отрицательным зарядом, а протоны - с положительным. Поэтому для известных к началу 20-х гг. 20 в. элементарных частиц - электрона и протона (и позднее нейтрона) - было принято название 'частица'.
Вывод о существовании А. впервые был сделан в 1930 английским физиком П. Дираком . Он вывел уравнение, описывающее поведение электрона при скоростях, близких к скорости света. Как оказалось, это уравнение обладает важным свойством симметрии: описывая отрицательно заряженный электрон, оно в то же время с необходимостью приводило к выводу о существовании частицы с такой же, как у электрона, массой, но с противоположным знаком заряда - антиэлектрона. Согласно теории Дирака, столкновение частицы и А. должно приводить к аннигиляции, исчезновению этой пары частица-А., в результате чего рождаются две или более других частиц, например фотоны (см. Аннигиляция и рождение пар ).
В 1932 антиэлектроны экспериментально обнаружил американский физик К. Андерсон. Он фотографировал ливни, образованные космическими лучами в камере Вильсона (см. Вильсона камера ), помещенной в магнитное поле. Заряженная частица движется в магнитном поле по дуге окружности, причём частицы с зарядами разных знаков отклоняются полем в противоположные стороны. Наряду с хорошо известными тогда следами быстрых электронов Андерсон обнаружил на фотографиях совершенно такие же по внеш. виду следы положительно заряженных частиц той же массы. Они были названы позитронами . Экспериментальное обнаружение позитрона явилось блестящим подтверждением теории Дирака. С этого времени начались поиски др. А.
В 1936 также в космических лучах была обнаружена ещё одна пара частица-А.: положительные и отрицательные мюоны (m+m-). В 1947 было установлено, что мюоны космических лучей возникают в результате распада несколько более тяжёлых частиц - пи-мезонов (p+ и p-).
В 1955 американские физики Э. Сегре, О. Чемберлен и другие зарегистрировали первые антипротоны , полученные при рассеянии протонов очень высокой энергии (ускоренных на бэватроне Калифорнийского университета) на нуклонах (протонах и нейтронах) ядер мишени (мишенью служили ядра меди). Физическим процессом, в результате которого образовались антипротоны, было рождение пары протон-антипротон. Существование антипротонов наиболее ярко демонстрирует их последующая аннигиляция в столкновениях с протонами мишени. Именно благодаря аннигиляции были зарегистрированы открытые несколько позже антинейтроны , не оставляющие следа в камере Вильсона из-за отсутствия у них электрического заряда. При аннигиляции как антипротона, так и антинейтрона возникает 4-5 p-мезонов, часть которых заряжена и оставляет в камере Вильсона характерный след. К настоящему времени экспериментально обнаружены и зарегистрированы на фотографиях почти все А.; не наблюдались только антиомега-частицы [сама омега-частица (W-) открыта в 1965] и некоторые А., соответствующие недавно открытым резонансным частицам . Однако нет никаких сомнений в их существовании.
Общие принципы квантовой теории поля позволяют сделать ряд глубоких выводов о свойствах частиц и А. Прежде всего масса и спин частицы должны совпадать с массой и спином А. (так же, как я их изотопические спины ). Далее, времена жизни частицы и её А. должны быть одинаковыми; в частности, стабильным частицам отвечают стабильные А. Одинаковыми по величине, но противоположными по знаку должны быть не только электрические заряды частицы и А., но и все другие величины, характеризующие их электрические (а следовательно, и магнитные) свойства, например магнитные моменты .Это относится и к электрически нейтральным частицам, таким, как нейтрон, гипероны лямбда-ноль (L|) и сигма-ноль (S|). Их А. также электрически нейтральны, но обладают противоположными по знаку магнитными моментами. Противоположный знак имеют и другие квантовые числа , которые приписываются частицам для описания закономерностей их взаимодействий: барионный заряд , лептонный заряд , странность . Лишь несколько частиц истинно нейтральны: они не только не обладают никакими электрическими свойствами (их заряд и магнитный момент равны нулю), но и все остальные квантовые числа, отличающие частицу от А., у них равны нулю. Поэтому А. для истинно нейтральных частиц совпадают с самими частицами. Таковы фотон и нейтральные пи- и эта-мезоны (p| и h|).
До 1956 считалось, что имеется полная симметрия между частицами и А. Это означает, что если имеется какой-либо процесс между частицами, то должен существовать точно такой же процесс и между А. В 1956 обнаружено, что такая симметрия имеется только в сильных взаимодействиях (ядерных) и в электромагнитных взаимодействиях .В слабых взаимодействиях , обусловливающих распады частиц, было открыто нарушение симметрии частица-А. В частности, геометрические характеристики распада частиц оказались отличными от характеристик распада соответствующих А.: если продукты распада частицы вылетают преимущественно в одну сторону, то продукты распада А. - в противоположную (см. рис. в ст. Элементарные частицы ).
Из А. в принципе может быть построено 'антивещество' точно таким же образом, как вещество из частиц. Однако возможность аннигиляции при встрече с частицами не позволяет А. сколько-нибудь длительное время существовать в веществе. А. могут долго 'жить' только при условии полного отсутствия контакта с частицами вещества. Свидетельством наличия антивещества где-нибудь вблизи от известной нам части Вселенной было бы мощное аннигиляционное излучение, приходящее из области соприкосновения вещества и антивещества. Но пока астрофизике не известны данные, которые говорили бы о существовании во Вселенной областей, заполненных антивеществом.
Лит.: Форд К., Мир элементарных частиц, пер. с англ., М., 1965; Власов Н. А.. Антивещество, М., 1966 (библ. с. 180-184).
В. П. Павлов.