¿Qué tipo de materia es el positronio?

Debería considerar el positronio como evidencia de que su partición del universo en materia y antimateria es demasiado simplista.

tu escribes eso

La materia está formada por electrones, protones y neutrones.

Pero eso solo describe materia estable , y solo materia estable que interactúa con el electromagnetismo. Un censo de materia estable también debería incluir el neutrino; lo dejamos fuera de las clases de química porque no forma moléculas. (Sin embargo, es posible que los neutrinos influyan indirectamente en la estabilidad de las moléculas ). Un inventario de "materia electromagnética" también debe incluir los leptones mu y tau, y bariones como lambda y sigma que contienen quarks pesados. Si se queja de que las partículas de la segunda y tercera generaciónson exóticos porque son inestables... bueno, el neutrón es inestable. ¿Tu lista de "materia" debería ser "electrones, protones y núcleos"? ¿Los núcleos inestables como el tritio y el carbono-14 cuentan como materia "normal" o son "exóticos" hasta que se descomponen en helio-3 o nitrógeno-14? (Y, por supuesto, esas desintegraciones envían un antineutrino en el proceso, para ser el problema de clasificación de otra persona).

Para calcular los estados propios de energía del positronio y sus propiedades como espín, paridad y tiempo de vida, usamos las mismas herramientas que los estudiantes de introducción cuántica usan para describir el átomo de hidrógeno. Entonces, en el sentido de "graznido como un pato", tiene sentido llamar al positronio un "átomo". Debido a que el positronio realmente no encaja en la tabla periódica y debido a que no hace una gran contribución a la química, podría llamarlo un átomo "exótico".

Pero "exótico" podría darle la impresión errónea de que el positronio es poco común o difícil de encontrar, de la misma manera que probablemente nunca me encontraré con un rinoceronte o una guacamaya roja a menos que haga algunos arreglos especiales. Ese no es realmente el caso. La formación de positronio es un paso normal en la aniquilación de positrones rápidos en la materia y, por lo tanto, no es menos común que los positrones. Si usted es una persona humana que está parcialmente hecha de potasio de la Tierra, contiene positronio muchas veces por hora.

En electrodinámica cuántica, aprendemos que el electrón y el positrón son en realidad excitaciones del mismo campo: un espinor de cuatro componentes con dos estados de carga y dos estados de espín. En un sentido muy real, el positronio es el estado de electromagnetismo más simple y "materia-full", y es matemáticamente más simple que el estado más familiar donde hay muchos electrones y no muchos positrones. Esta perspectiva tiene importantes consecuencias físicas. Se puede decir que el fotón portador de fuerza "pasa parte de su tiempo" como un "bucle" virtual de electrones y positrones. Las correcciones de bucle del electromagnetismo están relacionadas con observables como el cambio en la carga efectiva de los electrones a distancias cortas (más frecuentemente llamado "desplazamiento de la constante de estructura fina" debido a la "polarización del vacío"), así como las correcciones del momento magnético. de un electrón en reposo.

No estoy de acuerdo con su otra respuesta y sus comentarios de que la clasificación es "asunto tonto" o que su pregunta es tonta. Eso despeja el tema. Cerca de la mitad de su excelente Ancestor's Tale , Dawkins escribe sobre "la tiranía de la mente discontinua". Las categorizaciones son extremadamente útiles, dice; pero a veces la categorización es imposible, o las categorías que son útiles en un contexto son inútiles en otro. Reconocer cuando esto ha sucedido es una oportunidad para aprender cosas interesantes.

Wikipedia clasifica el positronio como un átomo exótico . Sin embargo, dado que tiene una vida útil de (en el mejor de los casos) alrededor de 100 nanosegundos, la etiqueta que le pongamos apenas importa.

Todos nuestros experimentos y observaciones con partículas elementales se ajustan perfectamente al marco de Lorentz, un marco en el que cada partícula elemental o compuesto de partículas elementales se describe perfectamente mediante los cuatro vectores $(E,p_x,p_y,p_z)$. La longitud de este cuatro vector es la masa invariante,$m_0$. Todos nuestros datos experimentales y observaciones muestran que$m_0$es mayor o igual a cero, para todas las partículas conocidas y sus compuestos.

Mi respuesta simple sería que no hay antimateria en lo que respecta a nuestros experimentos y observaciones. Hay antipartículas a partículas, que tienen los números cuánticos especulares, pero la materia que en el lenguaje coloquial define la masa de la mecánica clásica es siempre la misma en el nivel de partículas.

Esta es la confusión, confundir antipartículas con antimateria. El positronio es un compuesto de una partícula y una antipartícula . También hay experimentos con anti-Hidrógeno , sostiene la transformación de Lorentz, y la masa invariante no difiere de la masa invariante del Hidrógeno, aunque los experimentos intentan encontrar diferencias de la física más allá de la modelo estandar..

Hay buenas respuestas de @annav y @rob, me gustaría agregar que tanto los electrones como los positrones son excitaciones del mismo campo, que impregna todo el espacio, solo una manifestación de la misma energía (normal). Mi ejemplo favorito de esto es la creación de pares, donde los fotones energéticos se transforman (como en su ejemplo) en un electrón y un positrón, ambos creados a partir de la misma energía subyacente de este universo mecánico cuántico.

https://en.wikipedia.org/wiki/Pair_producción

Es como cuando tocas una cuerda (excitas un campo), puedes tocarla de muchas maneras, hacerlo de una manera, obtienes un electrón, lo tocas (excitas el campo) de otra manera, obtienes un positrón, pero solo juegas con el mismo campo de siempre, en la misma guitarra de siempre (universo).

Vivimos en un universo donde domina la energía oscura, es solo que en nuestro entorno cercano todo está compuesto de energía normal (materia), y eso incluye tanto electrones como positrones, y por esta razón solo por convención, llamamos a esto energía normal (materia), y llamamos energía oscura a la otra que domina en general. Al igual que esta convención, vivimos en un universo donde los electrones de nuestro entorno dominan a los positrones, y solo por esta razón llamamos materia a los electrones y antimateria a los positrones.

Sí, este 4,6% incluye todo lo que sabemos excepto la materia oscura y la energía oscura. Por lo tanto, incluye átomos, bariones, leptones, neutrinos, antimateria, rayos cósmicos y también la masa-energía de las partículas virtuales (gran parte de la masa del protón y de los átomos proviene de eso). Dependiendo de su definición de "materia exótica", eso es hipotético, por lo que todos pueden adivinar, o cosas como el positronio, que no es estable pero sería parte de ese 4.6%

¿La materia normal también incluye antimateria y energía?

Pero la respuesta definitiva a su pregunta es que el positronio (al igual que el quarkonium) es solo una manifestación del mismo fenómeno subyacente, que llamamos energía (normal), tanto los electrones como los positrones son (ligeramente diferentes) excitación del mismo campo cuántico subyacente.