Antymateria

Każda cząstka elementarna materii posiada swojego "lustrzanego" towarzysza - antycząstkę o przeciwnych cechach takich jak np. ładunek elektryczny.

Zwykły elektron ma ujemny ładunek elektryczny. Jego antycząstka - pozyton - ma dodatni ładunek. Podobnie dodatnio naładowanemu protonowi towarzyszy ujemnie naładowana antycząstka - antyproton. Antyproton nie składa sie (tak jak proton) z kwarków, lecz z antykwarków, które mają przeciwne ładunki niż zwykłe kwarki (tworzące proton).

Antycząstki powstają w wysokoenergetycznych procesach razem z cząstkami - jeśli z "czystej" energii powstaje cząstka, to musi jej towarzyszyć antycząstka. Przy wystarczającej energii, pamiętając o związku energii z masą E=mc², można wyprodukować parę cząstka-antycząstka dowolnego rodzaju.

Pary cząstka-antycząstka powstają nie tylko podczas zderzeń w akceleratorach, ale także przy oddziaływaniu promieniowania kosmicznego z atmosferą. Pierwsze antycząstki (pozytony) zaobserwowano właśnie w eksperymencie wykorzystującym promieniowanie kosmiczne. Pary cząstka-antycząstka mogą także materializować się z wysokoenergetycznego promieniowania, zwanego promieniowaniem gamma, jeśli energia kwantu tego promieniowania jest wystarczająca. Np. aby powstała para elektron-pozyton, kwant gamma musi mieć energię większą od energii odpowiadającej 2mc², gdzie m jest masą elektronu i wynosi około 0,5 MeV/c². Masa pozytonu jest równa masie elektronu.

Jeśli spotykają się cząstka i antycząstka tego samego rodzaju, to następuje ich "anihilacja", czyli zamiana w energię (promieniowanie). Uwolniona w procesie anihilacji energia jest równa całkowitej energii pary cząstek, włączając ich masy. Związek pomiędzy masą a energią ma postać E=mc².