¿Cómo la aceleración crea partículas?

Answer 1

Aquí hay un ejemplo muy simplificado de aceleración creando una partícula. No me preocupé por discutir los detalles, pero espero que la idea clave brille. Para hacerlo correctamente realmente necesitas matemáticas.

Tomemos un electrón. Está sentado allí, tranquilamente frente a ti. Como un electrón tiene carga, tendrá un campo eléctrico a su alrededor.

Aquí hay un dibujo que representa el campo a su alrededor:

Ahora intentemos y movemos rápidamente el electrón un poco hacia arriba. ¿Cómo reaccionará el campo? ¿Cómo se verá el campo poco tiempo después de que hayamos movido el electrón?

Intentemos hacer una instantánea del electrón un poco tiempo [math] \ Delta t [/ math] después de que hayamos movido el electron (suponga que no tomó tiempo para mover el electrón, aunque, por supuesto, sí lo hizo). Sabemos que ninguna señal puede viajar más rápido que la velocidad de la luz [math] c [/ math], así que a la distancia [math] L = c \ Delta t [/ math] nada puede haber cambiado, ya que no hay forma de que puntos más alejados que [math] L [/ math] podría haber recibido información sobre nosotros moviendo el electrón.

Entonces, a distancias más lejanas que [math] L [/ math] conocemos el campo, porque es el mismo que antes, aquí dibujado fuera del círculo naranja:
Dentro del círculo naranja, el campo debe cambiar. Rápidamente he dibujado algo aquí, pero en realidad no tiene ningún sentido. En realidad, no podemos mover el electrón instantáneamente, y entonces el campo cambiaría continuamente.

El hecho clave es que el electrón en movimiento inicia una señal que actualiza el campo, por lo que al mover un electrón causamos una perturbación en el campo electromagnético que se propaga a la velocidad de la luz.

Pero, ¿qué es una perturbación en el campo electromagnético? Bueno, probablemente hayas oído hablar de la dualidad onda-partícula de la mecánica cuántica, y este es un ejemplo básico de eso. Hemos discutido la teoría de la onda de la electrodinámica. En el sentido de las partículas, acabamos de crear un fotón , ya que un fotón no es más que una perturbación en el campo electromagnético.

De la misma manera, otras partículas son solo perturbaciones en otros tipos de campos; las partículas que se crean dependen de lo que usted acelere. Si aceleras la carga eléctrica, creas fotones.

Answer 2

Hay tres formas que conozco de dónde la aceleración puede crear partículas.

La primera forma es que una partícula cargada de aceleración irradiará radiación electromagnética y, por lo tanto, irradiará fotones. ¿Esto está bien explicado en la respuesta de Julius Bier Kirkegaard a esta misma pregunta?

La segunda forma en que la aceleración puede crear partículas se denomina efecto Unruh. Según la Wikipedia:

El hipotético efecto Unruh es la predicción de que un observador acelerador observará la radiación del cuerpo negro donde un observador inercial no observaría ninguna. En otras palabras, el fondo parece estar caliente desde un marco de referencia de aceleración; en términos sencillos, un termómetro que se agita en un espacio vacío registrará una temperatura que no sea cero. El estado fundamental para un observador inercial se ve como en equilibrio termodinámico con una temperatura no nula por el observador uniformemente acelerado.
… Actualmente no está claro si el efecto Unruh se ha observado realmente, ya que las observaciones reclamadas están en disputa. También hay dudas sobre si el efecto Unruh implica la existencia de radiación Unruh .

Esta hipotética radiación de Unruh es esencialmente la misma que la radiación de Hawking del horizonte de eventos de un agujero negro. La razón es que un marco de referencia de aceleración tiene un horizonte similar al horizonte de eventos de un agujero negro.

Finalmente, cuando dos partículas colisionan a altas velocidades, habrá una tremenda tasa de decleración de las partículas y la energía cinética de las partículas tiene que entrar en algo para que se convierta en partículas adicionales: pares de antipartículas y radiación. Es la fuerza que causa la desaceleración que también será la fuerza que crea las nuevas partículas. Por ejemplo, si la fuerza nuclear (color) fuerte está causando la desaceleración, entonces la fuerza fuerte también será el mecanismo que creó nuevas partículas.

Answer 3

Si observas la ecuación de Einstein E = mc2, debes tener en cuenta que la masa y la energía son intercambiables. Cuando una partícula se acelera, luego se detiene repentinamente, la energía tiene que ser transferida a algún lugar. La mayor parte de esa energía se libera en forma de fotones perfectamente normales, pero si hay suficiente, la energía se convierte en partículas de masa. Sin embargo, esas partículas generalmente tienen una vida muy corta y se degradan en otras partículas y fotones en menos de un segundo.