Si una partícula y su antipartícula se aniquilan al contacto, ¿cómo forman estados ligados?

Estoy leyendo sobre algunos descubrimientos antiguos en física de partículas y experimentos tempranos de colisionadores de Introducción a la física de alta energía de Perkin. Sin embargo, no obtuve las respuestas a todas mis preguntas.

Si dos haces de electrones y positrones chocan de frente, la colisión puede producir varios estados mesónicos quark-antiquark llamados quarkonium . Por ejemplo, mi − mi + aniquilaciones han producido varios C C ¯ y b b ¯ Los estados ligados al mesón llegaron a conocerse colectivamente como charmonium y bottomonium , respectivamente. El charmonimum más estable es j / ψ y el bottomonio es Υ . Los estados de toponio no existen ya que los top quarks se descomponen demasiado rápido para formar mesones. También existen estados ligados de mi + mi − y m + m − , llamados respectivamente positronio y muonio.

Si las partículas y las antipartículas se aniquilan entre sí, ¿cómo puede haber un estado ligado de ellas en primer lugar?

¿Has leído sobre el positronio y el muonio ? Los estados unidos de NR aseguran que UP proporcione la presión repulsiva QM habitual para la formación de tales "átomos"; pero sus constituyentes se descomponen débilmente a velocidades muy diferentes.
@CosmasZachos Gracias por el enlace sobre muonium y por el comentario sobre su estabilidad. Alguna idea sobre cómo se hace un estado de enlace NR de mi − mi + ¿Quiénes son los constituyentes estables? Cuando mi − mi + aniquila y cuando hace un estado ligado?
El artículo sobre el positronio lo detalla. Los mecanismos de producción requieren un cálculo QED, sospecho... La descomposición a 3 fotones se detalla en WP y referencias allí.

Respuestas (1)

Un estado ligado es posible por un tiempo porque la partícula y la antipartícula están separadas en el espacio y no están significativamente "en contacto". Puedes pensar en ellos como orbitando entre sí; su energía cinética y su momento angular los mantienen separados. Pero, al igual que en un átomo de hidrógeno, en realidad se describen mediante funciones de onda. Eventualmente se aniquilan porque sus funciones de onda se superponen un poco y existe una pequeña probabilidad de que la partícula y la antipartícula estén en el mismo punto al mismo tiempo. Entonces, el estado ligado tiene una probabilidad de decaer y tiene un tiempo de vida promedio finito.

No estoy seguro, pero podría ser un poco mejor decir que la función de onda del sistema muestra una densidad de probabilidad distinta de cero de que las dos partículas existen en el mismo punto.
Si una partícula y su antipartícula se aniquilan al contacto, ¿cómo forman estados ligados?
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