No soy un estudiante de física, solo estoy muy interesado en algunas de las cosas sobre la física, cuando leo en el libro algunas partículas están compuestas de quarks y estas partículas y sus reacciones de aniquilación antipartículas, como un protón y un antiprotón dos gamma La reacción de aniquilación de fotones ocurrirá, pero el protón y los quarks, ¿por qué en el momento de la aniquilación no se producen quarks positivos y negativos que aniquilan partículas? Me pregunto si los quarks pueden realmente aniquilarse, ¿la aniquilación de protones y antiprotones produciría varios fotones con la misma masa que los quarks dentro de ellos en lugar de solo dos fotones con la misma masa que los protones? Este punto realmente me confunde, espero que haya un dios grande que pueda guiarme, ¡gracias!
Los quarks y antiquarks se aniquilan, pero generalmente de forma indirecta, formando primero un mesón.
Por ejemplo, en la aniquilación protón-antiprotón, la interacción fuerte supera a la interacción electromagnética, y los quarks y antiquarks se reorganizan en una cierta cantidad de piones. (El número medio de piones es de aproximadamente cinco; consulte esta charla de Goldhaber para obtener una perspectiva interna sobre por qué esto fue un rompecabezas y su resolución). Los piones cargados no pueden descomponerse en fotones mientras conservan la carga eléctrica; los piones cargados se descomponen principalmente en muones a través de la interacción débil. Los piones neutros se descomponen en pares de fotones. Sin embargo, si eres nuevo en los quarks, es posible que te inquiete saber que el pión neutral no tiene un sabor de quark bien definido; el es una mezcla de y .
Esta “aniquilación mediada” no se limita a los quarks. Los viejos positrones regulares en la materia generalmente forman un estado ligado con un electrón antes de aniquilarse en fotones. En realidad, hay dos especies de este estado ligado, el positronio , que difieren en la simetría de la pieza de espín de la función de onda y el espín del estado fundamental. El parapositronio sin espín se aniquila a dos fotones; el ortopositronio del triplete de espín debe aniquilarse en al menos tres fotones. La aniquilación del ortopositronio es aproximadamente 1000 veces más lenta que la aniquilación del parapositronio.
Puede que esté malinterpretando tu pregunta, pero parece que estás preguntando:
La respuesta a 1) es sí, lo que has leído en los libros es correcto. Los quarks y antiquarks pueden aniquilarse en dos fotones. Quizás la sutileza aquí esté relacionada con el confinamiento: las interacciones de quarks y gluones se comportan de manera muy diferente en diferentes escalas de energía. A altas energías, los quarks no se unen para formar protones. En cambio, un quark y un antiquark son libres de existir en un estado inicial en algún momento mucho antes de que tenga lugar la aniquilación. Entonces podemos decir: comenzamos con un quark y un antiquark, luego se aniquilan y terminamos con dos fotones.
A escalas de baja energía, las cosas son más complicadas. Los quarks interactúan muy fuertemente con los gluones, tanto que la imagen simple de estado inicial - interacción - estado final (como dirían los expertos, la matriz S en la teoría de perturbaciones) se rompe. En cambio, tenemos que trabajar con los estados ligados que forman los quarks: protones, neutrones, piones, etc. Luego, estos estados ligados se pueden analizar de la forma en que lo hicimos antes: un protón puede ser un estado inicial que procede a participar en una interacción .
Esto nos lleva a 2) ¿Qué sucede cuando colisionan protones y antiprotones? Un ejemplo famoso de esto es el Tevatron, un colisionador que hizo colisionar protones y antiprotones a altas energías. A altas energías, los quarks y gluones constituyentes dentro de estos estados ligados se encuentran y se aniquilan (o interactúan de otras formas) y estas aniquilaciones fundamentales también crearían dos fotones cada una. Debido a que el protón y el antiprotón están formados por muchos quarks y antiquarks (y a altas energías, más pares de quark-antiquark pueden emerger del vacío e interactuar también), entonces, en total, se pueden producir muchos más de dos fotones a partir de estos varios. eventos de aniquilación subyacentes. Realmente, estos estados ligados son un poco complicados, por lo que es mejor imaginar dos gotas de un montón de partículas chocando entre sí, y las partículas pueden interactuar de varias maneras, arrojando un montón de cosas diferentes: quarks o gluones que se expulsan y forman chorros, fotones y otros tipos de partículas. Debido a que estos estados ligados son complicados, sus estados finales también son más complicados y hay muchas posibilidades de lo que se puede producir en estas interacciones. La imagen simple de partícula + antipartícula -> dos fotones no captura completamente la física de las colisiones protón-antiprotón.
Sebastián Riese
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