Materie- und Antimaterie-Kollisionsenergieproblem

From Beyond Einstein , von Michio Kaku und Jennifer Thompson, Kapitel 13, Antimaterie :

Dirac konzentrierte sich auch auf die Tatsache, dass Einsteins Gleichung E = M C 2 stimmte nicht ganz. (Einstein war sich bewusst, dass die wahre Gleichung lautete E = ± M C 2 aber da seine Theorie auf Kräften basierte, ignorierte er das Minuszeichen.) Da Dirac eine neue Art von Gleichung (bekannt als Diracs Gleichung) für das Elektron aufstellte, sollte er das Minuszeichen nicht ignorieren. Dieses Zeichen faszinierte die Leute, denn es scheint, als hätte er eine ganz neue Art von Materie vorhergesagt.

Also wenn ich das richtig verstehe, folgt Materie (wie immer bekannt) der Gleichung E = M C 2 während Antimaterie der Gleichung folgt E = − M C 2 . Aber ein paar Absätze später heißt es:

Wenn Materie und Antimaterie kollidieren, vernichten sie sich gegenseitig und es entsteht eine enorme Energiemenge.

Als ich ein bisschen nachdachte, ob ein Teilchen trage M C 2 Menge an Energie, und es trägt Anti-Patrikel − M C 2 Energiemenge sollte dann die von beiden Teilchen getragene Gesamtenergie sein E T Ö T A l = E P A R T ich C l e + E A N T ich − P A R T ich C l e = M C 2 − M C 2 = 0 . Ich denke, dass jeder hier das Problem sehen kann: Es gibt keine Energie in der Summe mit beiden Teilchen. Woher also kommt diese enorme Energie, wenn das Teilchen und das Antiteilchen kollidieren? Oder interpretiere ich das Gelesene falsch?

Antworten (2)

Die negativen Energiezustände werden "das Dirac-Meer" genannt.

Das Dirac-Meer ist ein theoretisches Modell des Vakuums als unendliches Meer von Teilchen mit negativer Energie. Es wurde erstmals 1930 vom britischen Physiker Paul Dirac postuliert, um die von der Dirac-Gleichung für relativistische Elektronen vorhergesagten anomalen Quantenzustände negativer Energie zu erklären. Das Positron, das Antimaterie-Gegenstück des Elektrons, wurde ursprünglich lange vor seiner experimentellen Entdeckung im Jahr 1932 als Loch im Dirac-Meer konzipiert.

Dirac-Meer

Dirac Sea für ein massives Teilchen. gelbe• Teilchen, blaue • Antiteilchen

In diesem Modell erscheint also ein negatives Energieloch in unserer positiven Energiewelt als Antiteilchen, mit positiver Masse/Energie und entgegengesetzten Quantenzahlen: Das Gegenteil zum Elektron ist das Positron.

Es ist ein sehr erfolgreiches Modell der Halbspinteilchen, die wir beobachtet haben.

Was ist also mit der Gesamtenergieenergie, die aus der Kollision des Teilchens und des Antiteilchens stammt?
Das Antiteilchen ist ein Loch im negativen Energiemeer und daher hat es anstelle von -E E, also hat die Vernichtung E_negative_hole + E_postive ist alles positive Energie. Die Annahme ist, dass alle negativen Energiezustände aufgefüllt werden, außer wenn ein Loch existiert, das dann als positives Energie-Antiteilchen interpretiert wird.
@ Moray95 Die grundlegende Gleichung, die Masse und Energie beinhaltet, ist E 2 = M 2 + P 2 (In C = 1 Einheiten) und es ist wichtig zu beachten, dass die Masse quadratisch eingeht , sodass der Energiebeitrag immer positiv ist.
@dmckee Eigentlich ist das falsch, denn wenn du es löst E 2 = M 2 + P 2 für E du bekommst: (1) E = M 2 + P 2 ODER (2) E = − M 2 + P 2 . Daher E kann positiv (wie in 1) oder negativ (wie in 2) sein.
Um Weinberg in „The Quantum Theory of Fields“ zu zitieren, der Schwinger zitiert: „Das Bild eines unendlichen Meeres von Elektronen mit negativer Energie wird heute am besten als historische Kuriosität betrachtet und vergessen.“
@Friedrich ja, es ist verwirrend und nicht nützlich, obwohl das Konzept der Löcher in Festkörper-QM-Modellen nützlich war.

Ben Franklin wies den Elektronen eine negative Ladung zu. Die Mathematik sagt dann, dass Elektronen und Strom in entgegengesetzte Richtungen fließen. Das ist konsequent, aber man wäre ein Narr zu glauben, dass etwas Materielles einem Blitzeinschlag entgegenwirkt.

Ein Gramm Materie oder Antimaterie (die natürlich aus demselben Material bestehen, sagen wir aus AlF3, das in beiden Elementen monoisotopisch ist) hat identische Massenäquivalente, mc^2. Photonen sind ihre eigenen Antiteilchen. Lepton-Antileptonen (faul – keine Beschleunigung) vernichten sich in Photonen – einfach, die Bücher durch Messung auszugleichen, einschließlich kinetischer Energie und Bindungsenergie (das ist negativ), wie z Positronium und jeweils angeregte Zustände).

JEDOCH vernichten Hadronen (Zeug mit Quarks) träge, um etwa die Hälfte ihres Massenäquivalents als energetische Neutrinos zu ergeben. 2mc^2 als ungefähr mc^2 zu sein scheint. Die USS Enterprise NCC-1701 hat nur etwa die Hälfte ihrer Händleraufkleber-Kilometerleistung erreicht. Daran hat sich im 23. Jahrhundert nichts geändert.

Schließlich, wenn Sie an einem Beschleuniger sind, der Stoff-Antistoff zerschmettert, fügt die kinetische Energie dem Eintopf hinzu. Sie können nicht mehr Masse-Energie herausholen, als Sie hineinstecken, aber Sie können 14 Tev hineinstecken. 14 TeV sind (14.900 Protonen)(c^2). Alle möglichen Dinge passieren und werden ausgegeben.

Materie- und Antimaterie-Kollisionsenergieproblem
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