การประลัย

การประลัย (อังกฤษ: Annihilation) มีนิยามว่า"การทำลายทั้งหมด"หรือ"การลบล้างเสร็จสมบูรณ์"ของวัตถุ มีรากศัพท์ในภาษาละตินว่า nihil (ไม่มี) แปลตามตัวอักษรเป็น "เพื่อให้กลายเป็นไม่มี"

แผนภาพ Feynman แสดงการประลัยซึ่งกันและกันของคู่สถานะพันธะอิเล็กตรอนโพซิตรอนออกเป็นสองโฟตอน สถานะพันธะนี้เป็นที่รู้จักกันมากกว่าปกติที่เป็น โพสิตรอนเนียม (positronium)

ในฟิสิกส์ เป็นคำที่ใช้เพื่อแสดงกระบวนการที่เกิดขึ้นเมื่อมีการชนกันของอนุภาคย่อยของอะตอม กับ ปฏิยานุภาค เนื่องจากพลังงานและโมเมนตัมจะต้องมีการอนุรักษ์ จึงเป็นอนุภาคที่ไม่ได้ทำให้เกิดขึ้นจริงจนกลายเป็นความไม่มีอะไร แต่ค่อนข้างจะเป็นอนุภาคใหม่ ปฏิยานุภาคมีเลขควอนตัมที่ตรงกันข้ามเป็นสิ่งที่เพิ่มเติมจากอนุภาค ดังนั้นผลบวกของเลขควอนตัมทั้งหมดของคู่อนุภาคต้นฉบับจึงเป็นศูนย์ ดังนั้นชุดของอนุภาคใด ๆ อาจมีการผลิตที่มีเลขควอนตัมรวมทั้งหมดยังมีค่าเป็นศูนย์ตราบใดที่ยังมีการอนุรักษ์พลังงานและการอนุรักษ์โมเมนตัมตามที่เชื่อกัน เมื่ออนุภาคและแอนติอนุภาคของมันชนกัน พลังงานของพวกมันจะถูกแปลงเป็นอนุภาคพาหะแรงเช่น กลูออน, อนุภาคพาหะแรง W/Z, หรือโฟตอน อนุภาคเหล่านี้จะถูกเปลี่ยนแปลงในภายหลังเป็นอนุภาคอื่น ๆ ต่อไป

ในระหว่างการประลัยพลังงานต่ำ, การผลิตโฟตอนมีความเป็นไปได้มากเนื่องจากอนุภาคเหล่านี้ไม่มีมวล อย่างไรก็ตามอนุภาคพลังงานสูงที่เป็นตัวเข้าปะทะเพื่อสร้างการประลัยที่หลากหลายของอนุภาคหนักที่แปลกใหม่จะถูกสร้างขึ้น

ตัวอย่างของการประลัย

นี้เป็นตัวอย่างของ renormalization ในทฤษฎีสนามควอนตัม (quantum field theory) — ทฤษฎีสนามเป็นกลายเป็นสิ่งจำเป็นเพราะจำนวนของอนุภาคเปลี่ยนจากจากหนึ่งเป็นสองและย้อนกลับมาอีกครั้ง

การประลัยอิเล็กตรอน-โพสิตรอน

ดูบทความหลักที่: การประลัยอิเล็กตรอน-โพสิตรอน

 ${\displaystyle e^{-}}$  + ${\displaystyle e^{+}}$  → γ + γ 

เมื่ออิเล็กตรอนพลังงานต่ำเข้าประลัยกับโพสิตรอนพลังงานต่ำ (ปฏิอิเล็กตรอน) พวกมันสามารถผลิตโฟตอนรังสีแกมมา (gamma ray photons) เป็นจำนวนสองตัวหรือมากกว่านั้นออกมา เนื่องจากอิเล็กตรอนและโพสิตรอนจะไม่มีความสัมพันธ์ใด ๆ อย่างเพียงพอกับความสมมูลระหว่างมวล-พลังงาน (mass-energy) ในการผลิตอนุภาคหนักและการอนุรักษ์พลังงานและโมเมนตัมเชิงเส้นที่ไม่อนุญาตให้สร้างโฟตอนเพียงหนึ่งอนุภาค เมื่ออิเล็กตรอนและโพสิตรอนเข้าชนกันเพื่อที่จะประลัยกันและสร้างรังสีแกมมา จะได้พลังงานออกมา อนุภาคทั้งสองมีพลังงานของมวลเมื่ออยู่นิ่งเป็น 0.511 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) เมื่อมวลของอนุภาคทั้งสองถูกแปลงเป็นพลังงานทั้งหมดพลังงานของมวลนิ่งนี้คือสิ่งที่จะถูกปลดปล่อยออกมา พลังงานจะถูกปล่อยออกมาในรูปของรังสีแกมมาดังกล่าวข้างต้น แต่ละรังสีแกมมาจะมีพลังงานอยู่ที่ 0.511 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (MeV) เนื่องจากทั้งโพสิตรอนและอิเล็กตรอนมีช่วงเวลาสั้น ๆ ที่หยุดนิ่งในช่วงระหว่างการประลัยนี้ระบบจะไม่มีโมเมนตัมในช่วงเวลาขณะนั้นเลย นี่คือเหตุผลที่ว่าทำไมรังสีแกมมาทั้งสองจึงได้ถูกสร้างขึ้น (เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์โมเมนตัมและพลังงาน) การอนุรักษ์โมเมนตัมจะไม่ประสบผลสำเร็จถ้ามีเพียงหนึ่งโฟตอนที่ถูกสร้างขึ้นในปฏิกิริยานี้โดยเฉพาะ โมเมนตัมและพลังงานจะถูกอนุรักษ์ด้วยพลังงานที่มีค่า 1.022 MeV ของรังสีแกมมา (พิจารณาสำหรับพลังงานนิ่งของอนุภาค) ที่เคลื่อนกำลังที่ในทิศทางตรงกันข้าม (พิจารณาสำหรับโมเมนตัมที่มีค่าเป็นศูนย์โดยรวมของระบบ) อย่างไรก็ตาม, ถ้าในหนึ่งหรืออนุภาคทั้งสองนำพาพลังงานจลน์ไปด้วยเป็นปริมาณจำนวนมาก, คู่อนุภาคอื่น ๆ จะสามารถผลิตขึ้นได้หลากหลายชนิด การประลัย หรือ การทำลายล้าง (หรือการสลายตัว) ของคู่อิเล็กตรอนโพซิตรอนเป็นโฟตอนเดี่ยวนั้น, จะไม่สามารถเกิดขึ้นได้ในพื้นที่ว่าง (free space) เพราะโมเมนตัมจะไม่ได้รับการอนุรักษ์ในขั้นตอนนี้ การเกิดปฏิกิริยาแบบย้อนกลับ (reverse reaction) จึงเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้เพราะเหตุนี้, ยกเว้นในการปรากฏตัวของอนุภาคอื่น ๆ ที่สามารถจะนำพาเอาโมเมนตัมส่วนเกินนี้ไปได้ด้วยเท่านั้น

อ้างอิง

1. - Dictionary Definition (2006) Dictionary.com.
2. Nuclear Science Division ---- Lawrence Berkeley National Laboratory. "Antimatter". สืบค้นเมื่อ 09-03-2008. Check date values in: |accessdate= (help)
3. "The Standard Model – Particle decays and annihilations". The Particle Adventure: The Fundamentals of Matter and Force. berkeley Lab. สืบค้นเมื่อ 17 October 2011.
4. Cossairt, D. (29 June 2001). "Radiation from particle annihilation". Fermilab. สืบค้นเมื่อ 17 October 2011.