반양성자

요약 양성자의 반입자로 양성자와 질량과 스핀은 같지만 기본전하량의 부호가 반대인 소립자이다. 1955년에 실험적으로 반양성자가 확인되었는데, 이는 디랙의 이론으로 전자뿐만 아니라 양성자도 설명이 가능하며, 전자와 같은 단계의 소립자라는 것을 의미하는 중요한 증거이다.

양성자와 질량 ·스핀 등은 같으나, 기본전하량의 부호는 반대인 소립자이다. 보통 우주선(宇宙線)이나 입자가속기에 의해 높은 에너지를 얻은 핵자(核子)가 원자핵과 충돌할 때 양성자와 짝지어 생긴다. 또 양성자와 마주치면 쌍방의 질량에 해당하는 에너지를 방출하고 양성자와 함께 소멸한다. 

반양성자를 탄생시키는 데 필요한 최소의 에너지는 5.6GeV(기가전자볼트)로서, 전자-양전자쌍이 생기는 경우(약 1MeV)에 비해 엄청나게 크다. 그리고 양성자-반양성자 쌍소멸은 전자-양전자 쌍소멸과는 달리 광자(光子; photon)로 직접 전환하지 않고, 처음에는 몇 개의 π중간자로 전환했다가 μ중간자가 전자(양전자)와 중성미자(中性微子)로 붕괴하는 단계를 거쳐 마지막으로 광자와 중성미자, 반중성미자로 변한다.

디랙의 상대론적 전자론으로부터 예상되었던 양전자(전자의 반입자)가 1932년 발견되자, 양성자의 반입자로서의 반양성자의 존재가 추론되었다. 그러나 인공적인 생성은 1955년이 되어서야 성공한다. E.G.세그레 등이 캘리포니아대학의 양성자싱크로트론(베바트론)을 사용하여 6.2GeV로 가속된 양성자를 구리 타깃에 충돌시켜 처음으로 반양성자의 존재를 확인한다. 이듬해에는 양성자선에 노출시킨 건판에서 반양성자의 생성과 소멸이 확인되었다. 이 결과는 양성자도 전자와 마찬가지로 디랙의 이론으로 설명할 수 있는 입자이며, 전자와 동일한 단계에서의 소립자로 간주할 수 있다는 사실을 나타낸다. 한편, 반양성자와 양성자가 충돌할 때 드물게 탄성적으로 산란되는 일도 있고, 때로는 양쪽의 하전(荷電)이 교환되어 중성자와 반중성자가 만들어질 수 있다. 1965년 발견된 반중성자는 이 반응으로 얻었다.