Uma aniquilação elétron-pósitron é o resultado possível da colisão de um elétron e sua antipartícula, o pósitron . O elétron e o pósitron são aniquilados e dois (ou mais) fótons gama são criados ou, no caso de colisões de alta energia, fótons e outras partículas.
O processo deve verificar um conjunto de leis de conservação , incluindo:
O estado final mais provável é a criação de dois ou mais fótons gama. A conservação de energia e momento proíbe a criação de um único fóton, com exceção de elétrons atômicos fortemente ligados. O caso mais comum é a criação de dois fótons, cada um com uma energia igual à energia de repouso do elétron ou pósitron, ou seja, 511 keV . Estudar o processo no referencial do centro de massa, no qual o sistema não tem momento antes da aniquilação, indica que os fótons gama são emitidos em direções opostas. Em alguns estados de momento angular, é necessário que três fótons sejam emitidos para atender à paridade de carga (in) . Mais fótons também podem ser emitidos, mas a probabilidade desses processos complexos diminui com cada fóton adicional.
Se o elétron ou o pósitron, ou ambos, têm velocidades altas, outras partículas mais pesadas também podem ser criadas (como os mésons D ), uma vez que a energia cinética do sistema é suficiente para fornecer as energias de repouso dessas partículas. Partículas de luz também podem ser criadas com altas velocidades.
Em energias próximas ou superiores à massa dos portadores da interação fraca ( bóson W e bóson Z ), a intensidade da interação fraca torna-se comparável à da interação eletromagnética . Como resultado, torna-se muito mais fácil criar partículas como neutrinos que interagem pouco com a matéria.
Os pares de partículas mais pesados criados pela aniquilação elétron-pósitron do acelerador de partículas são os pares Bóson W + - bóson W- . O mais pesado das partículas único criado por este método é a Z Higgs . Uma das motivações para a construção do International Linear Collider foi a criação do bóson de Higgs por aniquilação elétron-pósitron.
A aniquilação elétron-pósitron é o fenômeno que está na base da tomografia por emissão de pósitrons (PET) e da aniquilação espectroscópica de pósitrons (in) (SAP). Ele também é usado como um método para medir as superfícies de Fermi e a estrutura de bandas de metais.
O processo inverso, a criação de elétron-pósitron, é uma forma de criação de par .