¿Cuál es el mecanismo de aniquilación partícula antipartícula?

Mi pregunta está cargada de suposiciones, así que para minimizarlas, me gustaría preguntarla con respecto a la aniquilación de un electrón y un antielectrón.

Cuando pienso en la aniquilación, pienso en el electrón y el positrón convirtiéndose en energía, donde la energía total representa las masas combinadas más la energía cinética que tenía cada partícula antes de la colisión y la aniquilación (suposición 1).

Pero, ¿el campo de cada partícula cargada no tiene también un contenido de energía y este contenido de energía del campo de partículas cargadas aparece en la energía final? Sin embargo, nunca he visto esto, solo la suma de la energía de la masa. (Supuesto 2 posiblemente).

Además, ¿cómo es que las masas se aniquilan si no son ANTI entre sí? La masa no tiene opuestos como la carga (u otras cosas). ¿La aniquilación de las cargas también aniquila de alguna manera las masas y, si este es el caso, eso requeriría energía, por lo que esta energía debería aparecer en alguna parte? ¿O hay alguna otra "cosa" opuesta que resulte en la aniquilación de la masa?

Los físicos solían pensar que la masa de los electrones era en realidad la inercia de una carga en movimiento en un campo (o algo así). ¿Existe algún tipo de conexión entre la masa y la carga tal que la aniquilación de la carga sea también la aniquilación de la masa?

El electrón y el positrón no se convierten "en energía" sino en dos fotones. La energía en el campo de una partícula cargada es parte de la masa en reposo de la partícula, por lo que tenemos definiciones como el radio del electrón clásico ( en.wikipedia.org/wiki/Classical_electron_radius ), que es un límite para el mínimo radio en el que la electrodinámica clásica puede ser una buena teoría para describir los electrones. Eso es aproximadamente tres veces el tamaño de un protón y un poco más grande que el tamaño de un núcleo pesado. La masa no aniquila, solo la carga lo hace. La masa-energía total siempre permanece igual.
@CuriousOne Sí, lo sabía, pero no estoy seguro de si la respuesta a mi pregunta está satisfecha con esta respuesta. Lo que parece estar diciendo (¿confirmar?) es que la energía dividida entre los dos fotones no es otra cosa que mi C 2 . Por lo tanto, cuando dice que la masa no se aniquila, está diciendo (supongo) que todavía está allí en términos de energía fotónica. Pero, ¿qué hace que la masa se transforme en dos fotones? Esa es la esencia de mi pregunta. Además, parece estar diciendo que la aniquilación de la carga no cambia en absoluto la energía del sistema. ¿Está bien?
@CuriousOne Oh, olvidé agregar una cosa más a mi comentario anterior. Tenía la impresión de que la masa en reposo de la partícula está separada de la energía de carga y que el llamado "radio clásico" no tiene sentido, es decir, aunque se puede calcular usando la física clásica regular, en realidad es no es algo real dado que entonces el electrón se considera una partícula puntual.
La masa-energía se conserva. En el resto del sistema de partículas lentas (!) se producen dos fotones de 511 keV, que es una firma muy limpia. Los procesos permitidos están regulados por números cuánticos conservados. Un electrón tiene un número de leptones de +1 y un positrón es -1, los fotones son cero, por lo que el lado izquierdo y el lado derecho de la ecuación mi + pag → γ + γ equilibra estos números, al igual que equilibra la energía y el impulso. Ese no es el único proceso permitido, por supuesto. También se pueden obtener más de dos fotones y si las partículas tienen momentos elevados, se pueden producir otras partículas pesadas.
Una descripción completa de todos los procesos posibles se deriva de la teoría relativista de campos, más precisamente del modelo estándar de la física de alta energía. Que las antipartículas que se aniquilan tienen que existir se deriva bastante directamente del hecho de que el universo es relativista y mecánico cuántico. Que existan electrones y positrones con una masa de 511 keV, por otro lado, no se deriva de ningún principio más profundo del que tengamos conocimiento todavía. De eso precisamente se trata la búsqueda de la "Teoría del Todo".
El radio de electrones clásico es básicamente una indicación de que la teoría clásica se rompe. Por sí solo, no nos dice nada sobre la solución del enigma de por qué la energía propia del electrón es finita. Para eso tuvimos que desarrollar la mecánica cuántica y luego aplicarla a las ecuaciones de Maxwell y aun así no podemos derivar la masa del electrón a partir de los primeros principios. Todavía faltan muchas piezas en este rompecabezas, razón por la cual estamos construyendo experimentos como el LHC.
@CuriousOne Gracias por las explicaciones. Ayuda, pero supongo que el hecho de que, dado que todavía hay cosas que no están claras para nadie, es posible que tampoco lo estén para mí. En realidad, mi principal motivación para hacer mi pregunta mal construida es averiguar si hay una comprensión más profunda del método de aniquilación que yo no conocía. Por cierto, hice ese experimento como estudiante universitario (BS Physics). Aniquilación de positrones de electrones usando (creo) cesio 137 y contadores de fotones coincidentes con azimut ajustable separados entre sí. Aunque no recuerdo demasiados detalles.
Si quisieras estudiar la aniquilación en detalle, entonces tendrías que aprender la teoría cuántica de campos. Hay muchos detalles allí, pero se necesitan años de estudio a tiempo completo para dominar... lo siento, pero esto es muy complicado, como cualquier teórico puede decirle.
He dado pequeños pasos en la teoría cuántica de campos. Tengo una biblioteca bastante baja y soy razonablemente experto en notación tensorial, 4 vectores, forma tensorial de Euler-Lagrange, y trabajo con algunas de las Ecuaciones de Dirac, KG y otras. Pero, otros intereses durante la jubilación me mantienen lo suficientemente ocupado como para evitar que sea un estudio de tiempo completo, por lo que probablemente nunca llegue a dominarlo.

Respuestas (2)

Aquí está la tabla de partículas elementales a partir de la cual se construyen todas las demás, el modelo estándar de la física de partículas.

parte elemental

Que muestra los números cuánticos conservados que caracterizan a las partículas (las columnas y las filas también tienen números cuánticos asignados) más las masas medidas. Los números cuánticos tienen que "aniquilarse" para tener un evento de aniquilación, es decir, deben volverse 0 después de la aniquilación. La masa no es un número cuántico, es una "longitud" en el vector de momento de energía de las partículas. La conservación de los números cuánticos en las interacciones permite que la masa permanezca invariable. Si se aniquilan los números cuánticos, no hay ninguna restricción sobre el vector de impulso de energía total que no sea la conservación de la energía, y los productos lo permiten.

Aquí hay un diagrama de Feynman de e+e- aniquilación

e+e-

No hay energía adicional excepto el vector cuatro de cada leptón entrante. El cargo es solo un atributo de conteo de números aquí.

Aquí está la aniquilación e+e- cuando las energías son lo suficientemente grandes como para crear un par de muones

e+e- a mu mu

y uno mas complicado en b bbar jets

ebb

En todas ellas los números cuánticos se aniquilan a la izquierda y nuevos números cuánticos a partir del 0 crean pares con números cuánticos opuestos, según las probabilidades de interacción a esa energía.

En pocas palabras: son los números cuánticos los que se aniquilan/0, liberando los cuatro vectores de impulso de energía para mostrar su creatividad :)

Apuesto a que podrías adivinarme este... physics.stackexchange.com/q/217191/10319

Escribí un artículo en el que muestro que el campo eléctrico de una partícula cargada puede describirse como compuesto por dos cuantos. Dos tipos de cuantos son suficientes para describir el campo eléctrico, el campo magnético y los fotones. Se mostró por qué el electrón no cae en el núcleo y por qué ocurre la aniquilación entre la partícula y la antipartícula. Una explicación más profunda que di en el documento sobre estructuras unidimensionales complejas en el espacio . Pero debido a mi mal inglés no puedo traducirlo.

Siguiendo la idea del campo eléctrico, magnético y EM de dos cuantos, la aniquilación incluye la conversión completa de los campos eléctricos de ambas partículas en radiación EM.

Entiendo que la ciencia sigue algunas verdades fundamentales. Formular una explicación más profunda encuentra resistencia. Sin embargo, la resistencia limitada a la afirmación de que esto no se enseña, es patética. Sería útil un ejemplo en el que la nueva visión se reduzca al absurdo.
Su artículo no intenta conectar sus ideas para experimentar o demostrar que los resultados observados experimentalmente se explican mejor por él que por los modelos actualmente aceptados. Por lo tanto, no es posible tomarlo en serio como física. Ese es el listón que todas las nuevas teorías deben superar.
@paisanco Hay varios aspectos que me parecen interesantes. Primero, el postulado de que el campo eléctrico es finito. ¿Cuáles son las consecuencias de la renormalización en QED? En segundo lugar, el postulado de que el campo eléctrico en realidad tiene una estructura de línea de campo y la interacción entre el electrón y el núcleo está limitada por esto. Tercero, el postulado de que cuando un fotón es absorbido por un electrón, los cuantos de fotones se acumulan en el electrón, aumentan su masa y cubren su carga.
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