¿Cómo se relaciona la relatividad con las antipartículas? [duplicar]

Me gustaría escuchar una explicación más profunda de lo que creemos que es la antimateria, por qué se aniquila con la materia y cómo se relaciona esto con la relatividad.

Esta es la tabla de partículas elementales deducida de innumerables medidas:

Cada partícula tiene una masa característica y varios números cuánticos característicos.

A cada partícula le corresponde una antipartícula, lo que significa: la antipartícula tiene la misma masa que la partícula pero números cuánticos de signo opuesto. Así, cuando la partícula se encuentra con la antipartícula, los números cuánticos se vuelven cero y la energía disponible (mínimo 2*m) puede convertirse en otras partículas con números cuánticos que en total sumarán cero. Por lo tanto, e+e- puede aniquilarse en neutrino antineutrino, quark antiquark, etc. siempre que la suma de los números cuánticos sea cero.

La relación con la relatividad proviene de la famosa equivalencia de masa a energía.

La extravagante expresión de que el positrón es un electrón que retrocede en el tiempo proviene de las matemáticas del cálculo de secciones transversales, y en particular con los diagramas de Feynman . Solo matemáticas.

La afirmación de que un positrón es como un electrón retrocediendo en el tiempo es en sí misma perfectamente explicable con la física clásica. Como la carga de las partículas es opuesta, la fuerza causada por el campo eléctrico y magnético, es decir q(E + vx B) será opuesta. Por lo tanto, los campos que aceleran los electrones desacelerarán los positrones a la misma velocidad y viceversa. Entonces, siendo iguales los campos, la película del positrón será simplemente una reproducción inversa de la película del electrón. Esto es lo que significa retroceder en el tiempo.

La necesidad de antipartículas se notó por primera vez cuando se intentaba construir descripciones mecánicas cuánticas de partículas que obedecieran al relativista energía-momento-masa.$m^2c^4 = E^2 - (\mathbf{p}c)^2$relación.

La ecuación de Schrödinger se intuye a partir de una combinación de las reglas de de Broglie$E = hf$y$p = h/\lambda$y el hamiltoniano clásico$E = p^2/2m + V(x)$. En consecuencia, esta es una teoría no relativista por construcción.

Intentar replicar el salto intuitivo de una manera relativistamente correcta conduce a la ecuación de Klein-Gorden

Cuando la mecánica cuántica se amplía para formar teorías cuánticas de campos, el significado se vuelve aún más claro, porque los operadores de "destrucción" para cada partícula son también los operadores de creación para las antipartículas.

Entonces, una visión muy razonable aquí es que la naturaleza de la masa como un escalar de Lorentz requiere que las partículas masivas exhiban compañeros de antipartículas.

Esta respuesta es la versión corta e incompleta del argumento descrito por Bort en los comentarios a la pregunta misma.

¿Cómo se relaciona la relatividad con las antipartículas?

Que yo sepa, la relatividad no dice nada sobre las antipartículas. Pero la física de partículas sí. Eche un vistazo al efecto de Einstein-de Haas que "demuestra que el momento angular de giro es de hecho de la misma naturaleza que el momento angular de los cuerpos en rotación tal como se concibe en la mecánica clásica" . Un electrón no gira como un planeta porque, como sabemos por los orbitales atómicos , los electrones "existen como ondas estacionarias" . Y como también sabemos, tienen una naturaleza de "espinor" del cinturón de Dirac : "En este sentido, una tira de Möbius recuerda a las partículas de espín ½ en la mecánica cuántica,.

_{Representación del espinor GNUFDL por Slawekb, ver Wikipedia}

Busque en Google la quiralidad de positrones , y puede leer que el positrón tiene la quiralidad opuesta al electrón. En mi humilde opinión, puedes apreciar esto haciendo tiras de Möbius con diferentes quiralidades. Uno con un giro en sentido contrario a las agujas del reloj hacia la izquierda representa el electrón. El otro con un giro en el sentido de las agujas del reloj hacia la derecha representa el positrón. O puedes jugar con algo dinámico, como las animaciones toroidales de Adrian Rossiter . Este gif representa el positrón:

Ahora encuentre un programa para invertir el gif y "reproducirlo al revés". Si también lo volteas horizontalmente, se parece más a tu tira de Möbius para zurdos. Así que este gif representa el electrón:

Tenga en cuenta que el electrón y el positrón no son en realidad donas moradas. "Existen como ondas estacionarias" que parecen inmóviles, tienen una simetría esférica y no tienen ningún tipo de superficie. Es la teoría cuántica de campos , el electrón no es un toro sólido o una bola de billar que tiene un campo, el campo es lo que es . Este campo tiene una naturaleza de giro ½ espinor, y estos gifs son las mejores cosas que puedo encontrar para transmitirlo.

He oído que un positrón es como un electrón que retrocede en el tiempo.

no lo es Como dijo Anna, eso es solo matemáticas. El electrón es solo un "positrón invertido en el tiempo" como los gifs anteriores están invertidos. Tampoco retroceden en el tiempo. Simplemente tienen la quiralidad opuesta. Y carga. Tienen los números cuánticos opuestos. Todo lo cual se cancela entre sí en la aniquilación , que normalmente da como resultado dos fotones gamma. Para una analogía, si un ciclón se encuentra con un anticiclón, todo lo que te quedaría es viento. Cuando un electrón se encuentra con un positrón, todo lo que queda es luz.