Kann man ein Proton in zwei Protonen und ein Antiproton aufspalten?

Als ich die Antwort auf diese Frage las, wurde ich neugierig.

Wenn ein Proton aus einem Meer von Quarks und Gluonen mit nur einem Netz aus zwei Up-Quarks mehr als Anti-Up-Quarks und einem Down-Quark mehr als Anti-Down-Quarks besteht, könnte ein Proton nicht auf diese Weise zerlegt werden dass Sie zwei Gruppen von Teilchen hatten, die diese Bedingungen erfüllten, zusammen mit einer anderen Gruppe, die das Gegenteil aufwies (möglicherweise ein Antiproton)?

Zuerst dachte ich, dass dies überhaupt keinen Sinn macht, da Masse aus dem Nichts entstehen würde, aber nach weiterem Nachdenken wurde mir klar, dass die enorme Menge an Energie, die dafür erforderlich ist, wahrscheinlich dafür verantwortlich sein würde. Kann das also tatsächlich in der Realität passieren?

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Wie Sie richtig bemerken, kann ein Proton seine "echten" und "virtuellen" Quarks nicht spontan neu anordnen, um zwei Protonen und ein Antiproton zu erzeugen. Dies würde einen Energieeintrag erfordern, da man im Ruhesystem des ursprünglichen Protons von einer Gesamtenergie von ausgehen würde M P C 2 (die Ruheenergie des Protons) zu etwas Größerem als 3 M P C 2 (Die Ruheenergie von zwei Protonen und einem Antiproton plus die kinetische Energie der resultierenden Protonen.) Wenn es nicht passieren kann, wenn das Proton ruht, dann kann es aufgrund relativistischer Invarianz in keiner anderen Ruhe passieren Rahmen entweder.

Stattdessen müssen Sie dem Proton irgendwie Energie hinzufügen, normalerweise indem Sie ein anderes Teilchen hineinschlagen. Zum Beispiel wurde Segre & Chamberlains Entdeckung des Antiprotons erreicht, indem zwei Protonenstrahlen miteinander kollidierten:

P + P → P + P + P + P ¯ .
Sie können dies als ein Proton betrachten, das den Quarks innerhalb des anderen Protons eine Menge Energie gibt und es ihnen ermöglicht, sich in zwei Protonen plus ein Antiproton neu anzuordnen. (In Wirklichkeit ist es natürlich etwas komplizierter – identische Teilchen und so weiter –, aber das ist die Grundidee.)

In ähnlicher Weise wurde die bloße Existenz von Quarks zuerst durch tiefinelastische Streuexperimente bestätigt , bei denen ein Elektron oder ein anderes Lepton mit einem Proton oder einem anderen Baryon kollidiert:

e + P → e + viele Hadronen
Das Elektron überträgt einen Teil seiner Energie auf die realen oder virtuellen Quarks im Proton, was ausreicht, um das ursprüngliche Proton auf die von Ihnen beschriebene Weise in mehrere andere Hadronen zu "zerbrechen". Es stellt sich als viel wahrscheinlicher heraus, dass die resultierenden Hadronen Mesonen sind ( π , ρ , K usw.) eher als Baryonen wie das Proton oder Neutron, aber es ist sicherlich möglich, dass "viele Hadronen" so etwas sein könnten P + P + P ¯ .

Ja, wenn die verfügbare Energie hoch genug ist, wie bei den Proton-Proton-Kollisionen am LHC, sind Antibaryonen unter den Produkten. Die zusätzliche Energie erzeugt Jets aus Teilchen, unter denen sich Teilchen-Antiteilchen-Paare befinden, die aus dem Gluon- und Quark-Antiquark-Meer erzeugt werden. Ein Beispiel finden Sie in dieser Diplomarbeit .

Kann man ein Proton in zwei Protonen und ein Antiproton aufspalten?
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