湮灭与对产生

物质与反物质之间有一种戏剧性的关系：当一个粒子遇到它的反粒子时，两者可以完全消失，把它们全部的质量转化为纯能量，通常以一道光（光子）的形式释放出来。这就是湮灭。反过来也能发生：足够集中的能量可以自发地变成一对相匹配的粒子和反粒子，从能量中变出物质。这就是对产生。这两个过程是自然界对“质量与能量可以互相转换”最清楚的演示。

湮灭由爱因斯坦那个著名的质能关系所支配。当一个电子遇到一个正电子时，两者的静止质量都消失，再以能量的形式重新出现——通常是两个朝相反方向飞开的光子，每个携带的能量等于电子的静止质量（约五十一万一千电子伏）。对产生是同一笔账反着算：一个高能光子在一个重原子核附近经过（需要原子核在场来平衡动量），只要它的能量至少等于这一对粒子的静止质量之和，就能变成一个电子和一个正电子。电荷、能量、动量在每一步都守恒——湮灭并不消灭电荷，它只是把一个正、一个负凑到一起相互抵消。

这些过程在粒子物理中无处不在。正负电子对撞机的工作方式，就是让两束粒子对撞使其湮灭，把全部能量倾倒进一个极小的区域，在那里就能产生新的、更重的粒子——大型正负电子对撞机（LEP）和拟建的未来对撞机正是这样制造出供研究的粒子。对产生让一个高能伽马射线得以在探测器里或大气中引发粒子簇射。一个常见的误解是把湮灭当成某种绝对意义上把物质“毁灭”了；其实什么都没丢，质量只是被转化成了等量的能量，而守恒定律对此精确无误地记着账。