湮滅與對產生

物質與反物質之間有一種戲劇性的關係：當一個粒子遇到它的反粒子時，兩者可以完全消失，把它們全部的質量轉化為純能量，通常以一道光（光子）的形式釋放出來。這就是湮滅。反過來也能發生：足夠集中的能量可以自發地變成一對相匹配的粒子和反粒子，從能量中變出物質。這就是對產生。這兩個過程是自然界對「質量與能量可以互相轉換」最清楚的演示。

湮滅由愛因斯坦那個著名的質能關係所支配。當一個電子遇到一個正電子時，兩者的靜止質量都消失，再以能量的形式重新出現——通常是兩個朝相反方向飛開的光子，每個攜帶的能量等於電子的靜止質量（約五十一萬一千電子伏）。對產生是同一筆帳反著算：一個高能光子在一個重原子核附近經過（需要原子核在場來平衡動量），只要它的能量至少等於這一對粒子的靜止質量之和，就能變成一個電子和一個正電子。電荷、能量、動量在每一步都守恆——湮滅並不消滅電荷，它只是把一個正、一個負湊到一起相互抵消。

這些過程在粒子物理中無處不在。正負電子對撞機的工作方式，就是讓兩束粒子對撞使其湮滅，把全部能量傾倒進一個極小的區域，在那裡就能產生新的、更重的粒子——大型正負電子對撞機（LEP）和擬建的未來對撞機正是這樣製造出供研究的粒子。對產生讓一個高能伽馬射線得以在探測器裡或大氣中引發粒子簇射。一個常見的誤解是把湮滅當成某種絕對意義上把物質「毀滅」了；其實什麼都沒丟，質量只是被轉化成了等量的能量，而守恆定律對此精確無誤地記著帳。