¿Qué tan cerca debe estar un átomo de materia ordinaria (es decir, protón) y un átomo de antimateria (es decir, positrón) antes de aniquilarse entre sí?

En teoría, pueden aniquilarse desde cualquier parte del universo. Esta es la mecánica cuántica, y toda la noción de “ubicación” se vuelve un poco borrosa.

Pero en la práctica, es mucho más probable que las partículas interactúen cuando están cerca unas de otras, y podemos usar eso para crear una especie de “sección transversal” hipotética para la partícula. Cuanto más probable sea que interactúen, mayor será su sección transversal, equivalente a la forma en que es más fácil golpear un objeto grande que uno pequeño. Visto de esta manera, las partículas pueden interactuar cuando se tocan. Esto, a su vez, le permite derivar un coeficiente de acoplamiento, que puede verse como la probabilidad de que dos partículas colisionen, y dichos coeficientes son fundamentales para la teoría.

Es importante tener en cuenta que el área de la sección transversal no solo depende de la partícula en sí, sino también de su energía y el tipo de interacción que se está discutiendo. La fórmula no es simple, aunque a bajas energías puede definir un “radio clásico” para la partícula. En las energías altas, como en un colisionador de partículas, debe hablar sobre la energía de colisión y la partícula.

Esto se aplica a todas las colisiones de partículas, no solo a las colisiones de materia y antimateria. Por ejemplo, en el Gran Colisionador de Hadrones, la “sección transversal” de los protones que se disparan entre sí es de [math] 10 ^ {- 29} m ^ 2 [/ math]. Considerados como un radio, eso significa que deben estar dentro de aproximadamente [math] 10 ^ {- 15} m [/ math] el uno del otro. Eso es muy, muy cerca, pero como hay una gran cantidad de partículas que pasan (un cuatrillón en cada manojo) todas en el área aproximadamente del tamaño de un cabello humano, y repiten el experimento millones de veces por segundo. Todavía tengo muchas colisiones:

http: //lhc-machine-outreach.web….

Una nota al margen de trivialidades: ya que es un inconveniente hablar de números tan pequeños como [math] 10 ^ {- 29} m ^ 2 [/ math], el grupo de físicos de partículas [math] 10 ^ {- 28} m ^ 2 [ / math] como una nueva unidad, el “granero”. Como en “lado ancho de un”. Así que dicen que el área de un protón en el LHC es de 110 milibarns. Esos locos, locos físicos.

Para agregar a la respuesta anterior, se podría decir que hay distancias características en las que tienen lugar ciertos tipos de interacción. Para la gravedad es infinito, para interacciones electromagnéticas entre átomos (que son neutrales) es aproximadamente un tamaño de átomo (10 ^ -10 m), para fuerzas nucleares es 10 ^ -15 m, y para aniquilación de protones y antiprotones Se puede introducir un radio de aniquilación del orden de 10 ^ -16 m. Sin embargo, estas distancias no deben pensarse como algo así como distancias de acercamiento más cercano de partículas similares a bolas. En el mundo cuántico es una medida de probabilidad de cierta reacción entre partículas, que también depende de la anergia, la masa, etc.