¿Se puede dividir un protón en dos protones y un antiprotón?

Entonces, mientras leía la respuesta a esta pregunta, sentí curiosidad.

Si un protón está hecho de un mar de quarks y gluones con solo una red de dos quarks up más que los quarks anti-up y un quark down más que los quarks anti-down, ¿no se podría descomponer un protón de esa manera? que tenía dos grupos de partículas que cumplían esas condiciones junto con otro grupo que tenía lo contrario (potencialmente un antiprotón)?

Al principio pensé que esto no tenía ningún sentido ya que se crearía masa de la nada, pero después de pensarlo más me di cuenta de que la enorme cantidad de energía involucrada probablemente lo explicaría. Entonces, ¿puede esto realmente suceder en la realidad?

Respuestas (2)

Como observa correctamente, un protón no puede reorganizar espontáneamente sus quarks "reales" y "virtuales" para crear dos protones y un antiprotón. Esto requeriría un aporte de energía, ya que en el marco de reposo del protón original pasaría de una energía total de metro pag C 2 (la energía en reposo del protón) a algo mayor que 3 metro pag C 2 (la energía en reposo de dos protones y un antiprotón, más cualquier energía cinética que tengan los protones resultantes). Si no puede ocurrir cuando el protón está en reposo, entonces, por invariancia relativista, no puede ocurrir en ningún otro reposo marco tampoco.

En su lugar, debe agregar energía al protón de alguna manera, generalmente al estrellar otra partícula contra él. Por ejemplo, el descubrimiento del antiprotón de Segre & Chamberlain se logró haciendo chocar dos haces de protones entre sí:

pag + pag → pag + pag + pag + pag ¯ .
Puede ver esto como un protón que le da un montón de energía a los quarks dentro del otro protón y les permite reorganizarse en dos protones más un antiprotón. (Es, por supuesto, un poco más complicado que eso en realidad, partículas idénticas y todo eso, pero esa es la idea básica).

De manera similar, la existencia misma de los quarks se confirmó por primera vez mediante experimentos de dispersión inelástica profunda , en los que un electrón u otro leptón choca con un protón u otro barión:

mi + pag → mi + muchos hadrones
El electrón transfiere parte de su energía a los quarks reales o virtuales dentro del protón, lo cual es suficiente para "romper" el protón original en muchos otros hadrones de la forma que usted describe. Resulta mucho más probable que los hadrones resultantes sean mesones ( π , ρ , k , etc.) en lugar de bariones como el protón o el neutrón, pero ciertamente es posible que "muchos hadrones" puedan ser algo así como pag + pag + pag ¯ .

Sí, si la energía disponible es lo suficientemente alta como en las colisiones de protones en el LHC, los antibariones se encuentran entre los productos. La energía extra crea chorros de partículas entre los que hay pares de partículas antipartículas, generados a partir del mar antiquark de gluones y quarks. Ver esta tesis para un ejemplo.

¿Se puede dividir un protón en dos protones y un antiprotón?
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