¿Se conserva la energía cuando las partículas se estrellan unas contra otras para crear antimateria?

Answer 1

[[Descargo de responsabilidad: no es un físico. Este es el mejor entendimiento de mis laicos.]]

Las leyes de la física están expresadas en términos de simetría. Considere la noción de impulso. Si ve un objeto que se mueve a la izquierda como un objeto de ímpetu positivo, encontrará que podría resolver las ecuaciones igualmente bien usando un objeto de ímpetu negativo. Además, descubriría que había una simetría del universo tal que para cada objeto de momento positivo, tenía que ser equilibrado por una suma igual de objetos de momento negativo. Esta es la ley de conservación del impulso.

Obtienes algo similar con los electrones. Los físicos se dieron cuenta de que la ecuación electrónica podía resolverse con a + en lugar de a -, para una cantidad llamada “carga eléctrica”. También hay una simetría del universo tal que se conserva la carga eléctrica total.

El universo se comporta de tal manera que se siguen todas sus simetrías. Así que sabemos que:

[math] e ^ – + e ^ + [/ math]

y

[math] \ gamma + \ gamma [/ math]

(es decir, dos fotones) tienen la misma cantidad de impulso, energía y carga. Entonces sabemos que este es un proceso válido:

[math] e ^ – + e ^ + \ rightarrow \ gamma + \ gamma [/ math]

Sí, tiene que ser dos fotones, no solo uno, debido a otras propiedades que deben conservarse. De hecho, hay muchas otras simetrías en el Modelo Estándar que son más complejas que solo + y -. Los quarks, por ejemplo, vienen en “rojo”, “verde” y “azul”, y pueden mezclarse de tal manera que el próximo resultado sea “blanco”, ya sea como “rojo-antired” o como “rojo – verde-azul “, pero nunca” rojo-verde “o” azul-antired “.

Tenga en cuenta que

[math] \ gamma + \ gamma \ rightarrow e ^ – + e ^ + [/ math]

Es un proceso igualmente válido. Cuando miras los resultados de una colisión de partículas, eventualmente suceden todas las diversas posibilidades. El famoso bosón de Higgs tuvo que ser resuelto de billones de eventos: ocurrió, pero raramente. Las probabilidades de que ocurra un resultado particular son los parámetros del Modelo Estándar; Aparecen (al menos en este momento) son constantes fundamentales del universo.

Prácticamente para todos los procesos que conocemos, la materia y la antimateria están en perfecta simetría. Por razones que aún no están completamente explicadas o entendidas, hay algunos procesos que favorecen a los que hemos denominado “materia” sobre los que hemos denominado “antimateria”. Unos pocos procesos favorecen a los que hemos llamado “materia”, y dado que todas las demás partículas de antimateria que se crean finalmente se encuentran con una partícula de materia y producen un 0 neto en todo, excepto en su energía, el universo está lleno de Las partículas de materia. Exactamente por qué eso debería ser, sin embargo, no se entiende completamente.

Answer 2

Por supuesto. La energía se conserva. La antimateria no es nada especial, de verdad. No hay masa negativa ni nada relacionado con la antimateria. La distinción “partícula / antipartícula” es arbitraria: uno podría cambiar las etiquetas y nadie se daría cuenta. Es más de “sabíamos de la existencia de A antes de que aprendiéramos sobre B, así que llamemos a ‘la partícula’ y a B la ‘antipartícula'”. Para los pares de partículas-antipartículas más nuevos, generalmente ni siquiera se distinguen los dos. Todo es “materia” al final. Puedes leer más sobre esto aquí.

Entonces, cuando se trata de la conservación de energía, la antimateria se comporta como la materia. La energía colocada en la colisión (energía de masa + energías cinéticas de partículas en colisión + cualquier energía de interacción) es igual a la energía que sale (energías de masa de partículas producidas + energías cinéticas + energía de interacción). Aquí, con energía de masa, me refiero a [math] m_0c ^ 2 [/ math], donde [math] m_0 [/ math] es la masa restante (igual para un par de partículas-antipartículas)

Respecto a la relación – depende. Para cosas como los electrones, tienes leyes estrictas de conservación. Aquí, los electrones y los neutrinos electrónicos tienen un número [math] L_e [/ math] +1, y sus antipartículas tienen el número [math] L_e [/ math] -1. En un proceso, el número de leptón neto debe conservarse. Por lo tanto, puede tener un proceso en el que obtiene más electrones que positrones, pero el número de leptones debe conservarse; en este caso, tendría que tener más electrones en la entrada, o equilibrar todo agregando los neutrinos apropiados en un lado.

Para cosas como los protones, tienes leyes de conservación más débiles como la del número Baryon. Esto evitaría que hagas antiprotones a partir de protones a menos que lo nivelas agregando otras partículas.

Así que la proporción está determinada por el proceso exacto que tiene lugar. El proceso está limitado por las leyes de conservación, pero todavía tienes bastante libertad aquí. Por ejemplo, nada le impide idear una reacción como [math] \ nu_e + \ nu_e \ to 2e ^ – + p ^ + + p ^ – [/ math] (se le da suficiente energía). Cuál es el tipo de reacción en la pregunta. Sin embargo, al agregar algunos bariones (protones, neutrones, etc.) a cada lado, puedo modificar la proporción de protón: antiprotón. Realmente depende del proceso que elijas.

Answer 3

Sí, la energía se conserva. La antimateria tiene energía normal (por ejemplo, E = mc ^ 2, etc.) Por lo tanto, debe tener en cuenta la energía en la antimateria, pero sí se conserva.