[科普中国]-电子对湮灭-

电子对湮灭是指电子和正子（电子的反粒子）碰撞后湮灭，产生伽马射线或是其他更高能量粒子的过程。

简介电子对湮灭是指电子和正子（电子的反粒子）碰撞后湮灭，产生伽马射线或是其他更高能量粒子的过程。此过程满足以下的守恒定律：

电荷守恒定律，反应前后的总电荷均为零。

动量及能量守恒，因此不允许产生单一个伽马射线。

角动量守恒。

和其他有带电的粒子一样，电子和正子也可以彼此影响（例如弹性散射）而不湮灭。1

低能量的情形最终状态只有几种可能，机率最大的是产生二个或多个伽马射线的光子，由于动量守恒及能量守恒的限制，不允许产生单一光子。（不过若电子是紧密被原子束缚，就有可能只产生单一光子。）最常见的是产生二个光子，每个光子的能量都等于电子或是正子的不变质量511keV。一般会选用动量中心系为参考系，使得湮灭前的总动量为零，因此湮灭后的伽马射线会往相反方向发射。有时也会产生三个光子，因为在某些角动量的状态下，需要维持电荷宇称的守恒。以机率上来看有可能产生任意数量的光子，但每多产生一个光子，其机率都再低一些，因为其过程更加复杂，机率幅也越低。

由于中微子的质量较电子小，因此有可能在湮灭后产生中微子－反中微子对，但其可能性极低。只要某个粒子和电子一起参与某种基本相互作用，又没有受到守恒定律的限制，都可能在电子对湮灭后产生此粒子，只是尚未找到其他的粒子有这样的特性。1

高能量的情形若电子或正子有相当的动能，会可能产生其他较重的的粒子（像D介子），也有可能会产生光子及其他较轻的粒子，不过要更高的能量下才会发生。

若能量接近甚至超过弱相互作用介子（W及Z玻色子）的质量，弱相互作用力的强度接近电磁力的强度，因此比较容易产生像中微子等只参与弱交互作用的粒子。

利用粒子加速器进行电子对湮灭，所产生的最重粒子对是W+–W−粒子对，所产生的单一粒子是Z玻色子。建造国际直线对撞机的目的也是想用此方式产生希格斯玻色子。1

用途电子对湮灭是正电子发射计算机断层扫描（PET）及正子湮灭能谱学（PAS）的物理基础。电子对湮灭也可以用来量测金属中费米面及能带结构。1

逆过程电子对湮灭的逆过程是电子－正电子产生，是一种成对产生，由双光子物理学的一部分。1