Tenga en cuenta que soy un experimentador, por lo tanto, trato las ideas y los modelos teóricos como dependientes de las observaciones experimentales y no al revés.

Hechos:

• las partículas elementales tienen números cuánticos medibles. Estos números cuánticos definen la partícula.

• las partículas elementales tienen masa

• existen partículas elementales y compuestas (de elementales) que tienen la misma masa que otras pero carga opuesta, como el electrón vs positrón, protón vs antiprotón, llamadas antipartículas porque:

• hay una probabilidad muy alta de que al dispersarse una contra otra, la partícula y la antipartícula desaparezcan y la energía aparezca en una plétora de otras partículas. Esto se llama aniquilación porque la carga desaparece y, en general, los números cuánticos opuestos son "aniquilados".

En el lado teórico, estas observaciones experimentales se ajustan maravillosamente a la ecuación de Dirac si se consideran las soluciones de energía negativa para describir las antipartículas.

Una cosa de la que podemos estar seguros es que las antipartículas medidas viajan en el tiempo.

La interpretación teórica popular de que las antipartículas son partículas que viajan hacia atrás en el tiempo proviene principalmente de los diagramas de Feynman . Estas son una herramienta matemática brillante para ajustar y predecir medidas que representan interacciones de partículas como líneas entrantes y salientes y entre líneas que representan partículas virtuales que llevan los números cuánticos pero están fuera de la capa de masa.

Debido al teorema CPT, una vez que se dibuja un diagrama de Feynman, se pueden interpretar las líneas consistentemente de acuerdo con CPT y obtendrá las secciones transversales correspondientes y las probabilidades para el cambio en los números cuánticos consistentes con CPT (conjugación de carga, paridad e inversión de tiempo) . Identificar un positrón como un electrón hacia atrás en el tiempo es una interpretación elegante que en los diagramas de Feynman exhibe la simetría CPT que deben obedecer.

Lo que estoy diciendo es que la declaración "los positrones son electrones que van hacia atrás" es una representación matemática conveniente y precisa para fines de cálculo. "Como si". No ha habido ningún indicio, ni siquiera el más mínimo, de que en la naturaleza (tal como la estudiamos experimentalmente) nada retroceda en el tiempo, tal como definimos el tiempo en el laboratorio.

Editar respuesta al comentario de Nathaniel:

Tengo curiosidad: ¿cómo esperaría que los datos empíricos de un positrón que viaja hacia atrás difieran de lo que realmente vemos?

En esta imagen de la cámara de burbujas vemos lo opuesto a la aniquilación, la creación por parte de un fotón de un par e+ e-. (Este es un detalle ampliado de la foto de la cámara de burbujas en los archivos. La página web original con las letras ha desaparecido, a partir de julio de 2017)

El campo magnético que las hace formar hélices es perpendicular al plano de la foto. Identificamos el electrón por el signo de su curvatura cuando sale del vértice. El positrón es el que sube a la esquina izquierda. Sabemos que no es un electrón que comenzó su vida antes de que se formara el vértice porque a medida que un electrón/positrón se mueve a través del líquido, pierde energía y la pérdida define la dirección temporal del camino. Entonces, la partícula tiene que comenzar en el vértice y terminar en la parte superior izquierda, por lo que tiene la curvatura opuesta al electrón y es un positrón.

Un diagrama de Feynman parece una dispersión en el espacio real, o una producción de pares, pero uno no puede proyectar las complejidades de las matemáticas que representa en el espacio real. Solo los cálculos de secciones transversales y probabilidades pueden compararse con las mediciones.

Sí, las partículas de antimateria pueden tratarse como retrocediendo en el tiempo en algún sentido.

Pero considere algunos puntos:

(1) Si un objeto abyecto se está moviendo "hacia atrás" en el tiempo, nosotros, los objetos normales, lo veremos como si se moviera hacia adelante en el tiempo. Por ejemplo, si una persona vive atrás en el tiempo, la veremos viviendo hacia adelante en el tiempo, pero estando primero muerta, luego vieja, luego adulta, luego niña y finalmente nacida. Es decir, veremos a una persona que tiene el orden inverso de las etapas de la vida. Supongamos que la Tierra está llena de personas que viven hacia adelante o hacia atrás. ¿Qué decidiremos? Decidiremos que hay dos tipos de personas con el orden inverso de las etapas, nada más.

(2) Las partículas no tienen etapas de vida como las personas. Tanto el electrón como el positrón no cambian ni evolucionan mientras "viven". No se modifican y tienen propiedades constantes. Además, el proceso de "mover" (en el espacio) no tiene dirección temporal.

Entonces, la reversión de las antipartículas solo significa que tienen algunas propiedades 4D (espacio-tiempo), y estas propiedades están orientadas de manera opuesta para las antipartículas.

(3) La física de partículas probablemente obedece a la llamada simetría CPT. Es decir, cada posible reacción "química" entre partículas, puede ser (P) reflejada en un espejo, (T) invertida en el tiempo y (C) partículas reemplazadas por antipartículas y este procedimiento dará también posible reacción "química".

Entonces, si dices que las antipartículas son partículas invertidas en el tiempo, estás diciendo que obedecen a la simetría CT, lo cual no es del todo cierto. La simetría completa es CPT, por lo que las antipartículas se invierten en el tiempo y se reflejan en un espejo.

La noción de antipartícula surge tan pronto como se tiene en cuenta la relatividad especial. Para una partícula relativista de masa$m$, su energía y cantidad de movimiento satisfacen$E^2 = p^2 + m^2$. Para ilustrar de dónde provienen las antipartículas, tomemos la "ecuación de función de onda" más simple (es un abuso del lenguaje ya que es una ecuación para campos), es decir, la de Klein-Gordon. Para simplificar, considero solo 1 dimensión:

$$\frac{\partial^2 \phi}{\partial t^2} - \frac{\partial^2 \phi}{\partial x^2} + m^2 \phi = 0$$ Una solución de esta ecuación es: $$\phi_1 = e^{-i(Et-p.x)}$$ Desde que tenemos $\frac{\partial^2 \phi_1}{\partial t^2}= (-iE)^2 \phi_1 = -E^2 \phi_1$y $\frac{\partial^2 \phi_1}{\partial x^2} = (-ip)^2 \phi_1 = -p^2 \phi_1$y $E^2 = p^2 + m^2$. Hasta aquí todo bien. Ahora, hay otra solución de la ecuación de KG dada por: $$\phi_2 = e^{+i(Et-p.x)}$$ con todavía $E^2 = p^2 + m^2$. Por lo tanto, 2 soluciones que describen 2 partículas con la misma masa. ¿Cuál es la diferencia entre estas 2 partículas? La carga. Se puede demostrar que la carga viene dada por esta expresión: $$q(\phi) = i(\phi^* \frac{\partial \phi}{\partial t} - \phi \frac{\partial \phi^*}{\partial t})$$ por inyección $\phi_1$y $\phi_2$tu encuentras: $$q(\phi_1) = +2E,~~~~q(\phi_2) = -2E$$ Puede que te sorprenda que la carga dependa de la energía, pero lo que importa aquí es que las 2 cargas son opuestas (el hecho de que es proporcional a $E$se debe a la normalización relativista). Conclusión, $\phi_2$parece describir una partícula que tiene todas las propiedades de la descrita por $\phi_1$excepto que su carga es opuesta: es la antipartícula de $\phi_1$. Ahora, observe que puedo expresar $\phi_2$con $\phi_1$. De hecho, solo tengo que invertir el signo de $E$y $p$: $$\phi_2(E,p) = \phi_1(-E,-p)$$ Así que si $\phi_1(E,p)$describe una partícula con una energía positiva $E$y el impulso $p$, la antipartícula también puede ser descrita por $\phi_1$con una energía negativa y una dirección opuesta del impulso. Pero: $$\phi_1(-E,-p) = e^{-i(E(-t)-(-p).x)}$$ y así la antipartícula expresada con $\phi_1$parece retroceder en el tiempo $(-t)$y con el impulso $-p$. ¡Eso es todo! Una antipartícula puede ser descrita por la solución de una partícula si inviertes el tiempo (o la energía) y el impulso. Nada mas. Pero obviamente, todos prefieren describir la antipartícula con $\phi_2$con cantidades físicas significativas: la antipartícula viaja hacia adelante en el tiempo (como cualquier partícula).