¿Cómo funciona Aniquilación?

El QED Lagrangiano contiene el vértice fundamental:

[Fuente de la imagen: wikimedia ]

Dependiendo de cómo veas este diagrama, puede representar diferentes cosas. Si considera que el tiempo fluye verticalmente hacia arriba, muestra un electrón que emite un fotón a medida que se acelera. Si, en cambio, considera que el tiempo fluye hacia la derecha, parece una producción de pares a partir de un solo fotón. El tiempo que fluye hacia la izquierda parecería una aniquilación en un solo fotón. Sin embargo, en estos dos últimos casos, si intentas conservar el impulso solo con este diagrama, no es posible. En el marco del centro de masa, el sistema de electrones y positrones en colisión tiene un impulso total que se desvanece. El fotón, sin embargo, tiene impulso en todos los marcos de referencia.

Entonces, es necesario crear dos fotones para que ocurra la aniquilación. Esto puede hacerse de la siguiente manera:

[Fuente de la imagen: wikimedia ]

Este es el proceso por el cual ocurre la aniquilación.

Si reemplaza el electrón con cualquier partícula fundamental cargada, lo anterior también es cierto. Para partículas fundamentales neutras, la aniquilación ocurre a través de la interacción débil, donde el vértice involucra un bosón Z en lugar de un fotón.

¿Qué sucede exactamente?

La respuesta es desconocida. Sin embargo, tenemos un buen modelo, QED, que matemáticamente describe un proceso continuo de creación y destrucción de partículas.

El hamiltoniano QED, el generador de la evolución temporal infinitesimal, tiene un término de interacción que crea/destruye electrones, positrones y fotones. Esto sucede en un punto, un evento, en el espacio-tiempo. Este "vértice" involucra tres partículas, una de las cuales debe aparecer antes o después de la interacción.

Por ejemplo, puede haber solo un electrón antes pero después, un electrón y un fotón. Pero hay un problema: el impulso y la energía no se pueden conservar simultáneamente; al menos una partícula debe ser "fuera de la cáscara" o "virtual".

Sin embargo, la partícula virtual puede propagarse y estar involucrada en otro vértice y la combinación de los dos puede conservar el impulso y la energía.

Entonces, por ejemplo, considere un vértice con un electrón antes y después, un fotón real y un electrón virtual. Considere otro vértice con el electrón virtual y un positrón antes y después, un fotón real.

La combinación de los dos procesos se "ve" como un electrón y un positrón antes y después, dos fotones; se destruyen dos partículas de materia y se crean dos partículas vectoriales.