¿Cuál es el término correcto para la "polaridad" de la materia (materia frente a antimateria)? ¿Están permitidas las polaridades fraccionarias?

¡Buena pregunta! En realidad, no hay un término para esto que yo sepa. El uso más común de tal término sería para clasificar una partícula, por ejemplo, "la 'polaridad' del electrón es polaridad de materia", pero en ese caso la mayoría de los físicos simplemente dirían "el electrón es una partícula de materia".

Existe un operador matemático llamado operador de conjugación de carga , que convierte la descripción matemática de una partícula de materia en su correspondiente antipartícula. Esto puede usarse para distinguir la materia y la antimateria, aunque no te dice qué partícula es materia y qué partícula es antimateria (porque eso es solo una cuestión de cuál es más común).

Hay dos partículas elementales conocidas , el fotón y la$Z^0$bosón, cuya descripción matemática no cambia con la aplicación del operador de conjugación de carga. En otras palabras, el fotón y$Z^0$son sus propias antipartículas. Esto corresponde a lo que llamas "polaridad neutra". Conocemos otras partículas que son su propia antipartícula porque son una combinación de una partícula más fundamental y su antipartícula; por ejemplo, el$\mathrm{J/\psi}$mesón está hecho de un quark encanto y un quark antiencanto, por lo que cambiar la materia a la antimateria y viceversa le da la$\mathrm{J/\psi}$de vuelta.

Dada la definición de conjugación de carga, no creo que las "polaridades" fraccionarias sean realmente un concepto sensato. Después de todo, debería tener sentido que la aplicación de la conjugación de carga dos veces convierta una partícula en su estado original, tal vez hasta un signo:$|\mathcal{C}^2| = 1$, y creo que una "polaridad" fraccionaria por definición implicaría que$|\mathcal{C}^2| \neq 1$. Lo que parece un poco menos extraño es una "polaridad compleja", donde$|\mathcal{C}^n| = 1$para algunos$n > 2$; esto correspondería a una partícula (o más bien, a su descripción matemática) que tendría que conjugarse con carga varias veces para volver a su estado original. Entonces, en lugar de solo una partícula y una antipartícula, tendrías la partícula, la partícula conjugada 1, la partícula conjugada 2, etc., y para lograr que se aniquilen, tendrías que juntar una de cada una de estas diferentes partículas en el mismo lugar a la misma hora. No se sabe que exista nada así, y no me sorprendería si hay alguna razón teórica para creer que no puede existir. (Sin embargo, tiene algunas similitudes con la carga de color asociada con la fuerza fuerte).

No existe una polaridad única o un número cuántico mejor conservado. Depende de los números cuánticos distintos de cero que tenga la partícula. Por ejemplo, para electrones y positrones sería tanto la carga eléctrica como el sabor del electrón. Hay partículas que son antipartículas propias como el fotón. Entonces, para un fotón, todos estos números son 0, por lo que es su propia antipartícula.

Se permiten números fraccionarios, por ejemplo, los quarks tienen cargas eléctricas de$\pm\frac{1}{3}$y$\pm\frac{2}{3}$.

Editar: agregaría que los átomos estables en nuestro universo están hechos de electrones y quarks arriba y abajo. Estas se denominan partículas de materia, mientras que los positrones y los quarks anti-arriba y anti-abajo se denominan partículas de antimateria. Además, cualquier partícula inestable de mayor masa que se desintegre predominantemente en este área de partículas de "materia" también se llama partículas de materia y si se descompone en partículas de antimateria.