Was ist der korrekte Begriff für die "Polarität" der Materie (Materie vs. Antimaterie)? Sind gebrochene Polaritäten erlaubt?

Gute Frage! Dafür gibt es eigentlich keinen Begriff, den ich kenne. Die häufigste Verwendung eines solchen Begriffs wäre die Klassifizierung eines Teilchens, zum Beispiel „die ‚Polarität‘ des Elektrons ist Materie-Polarität“, aber in diesem Fall würden die meisten Physiker einfach sagen „das Elektron ist ein Materieteilchen“.

Es gibt einen mathematischen Operator namens Ladungskonjugationsoperator , der die mathematische Beschreibung eines Materieteilchens in sein entsprechendes Antiteilchen umwandelt. Dies kann irgendwie verwendet werden, um Materie und Antimaterie zu unterscheiden, obwohl es Ihnen nicht sagt, welches Teilchen Materie und welches Teilchen Antimaterie ist (weil es nur darum geht, welches Teilchen häufiger vorkommt).

Es gibt zwei bekannte Elementarteilchen , das Photon und das$Z^0$Boson, dessen mathematische Beschreibung durch die Anwendung des Ladungskonjugationsoperators nicht verändert wird. Mit anderen Worten, das Photon und$Z^0$sind ihre eigenen Antiteilchen. Dies entspricht dem, was Sie „neutrale Polarität“ nennen. Wir kennen andere Teilchen, die ihr eigenes Antiteilchen sind, weil sie eine Kombination aus einem grundlegenderen Teilchen und seinem Antiteilchen sind; zum Beispiel die$\mathrm{J/\psi}$Meson besteht aus einem Charm-Quark und einem Anticharm-Quark, und so erhalten Sie das Wechseln von Materie zu Antimaterie und umgekehrt$\mathrm{J/\psi}$gleich zurück.

Angesichts der Definition der Ladungskonjugation halte ich fraktionierte "Polaritäten" nicht für ein wirklich sinnvolles Konzept. Schließlich sollte es Sinn machen, dass eine zweimalige Ladungskonjugation ein Teilchen wieder in sein ursprüngliches Selbst zurückverwandeln soll, vielleicht bis zu einem Zeichen:$|\mathcal{C}^2| = 1$, und ich denke, eine fraktionierte "Polarität" würde dies per Definition implizieren$|\mathcal{C}^2| \neq 1$. Was etwas weniger seltsam erscheint, ist eine „komplexe Polarität“, wo$|\mathcal{C}^n| = 1$für einige$n > 2$; dies entspräche einem Teilchen (oder vielmehr seiner mathematischen Beschreibung), das mehrfach ladungskonjugiert werden müsste, um zu seinem ursprünglichen Selbst zurückzukehren. Anstatt nur ein Teilchen und ein Antiteilchen hätten Sie also das Teilchen, das konjugierte Teilchen 1, das konjugierte Teilchen 2 usw., und um sie zur Vernichtung zu bringen, müssten Sie eines von jedem dieser verschiedenen Teilchen zusammenbringen der gleiche Ort zur gleichen Zeit. Es ist nichts dergleichen bekannt, und ich wäre nicht überrascht, wenn es einen theoretischen Grund zu der Annahme gäbe, dass es nicht existieren kann. (Es weist jedoch einige Ähnlichkeiten mit der Farbladung auf, die mit der starken Kraft verbunden ist.)

Es gibt keine einzelne Polarität oder eine korrekter erhaltene Quantenzahl. Es hängt von den Quantenzahlen ungleich Null ab, die das Teilchen hat. Zum Beispiel für Elektronen und Positronen wäre es sowohl die elektrische Ladung als auch der Elektronengeschmack. Es gibt Teilchen, die ihr eigenes Antiteilchen sind, wie das Photon. Für ein Photon sind also alle diese Zahlen 0, weshalb es sein eigenes Antiteilchen ist.

Bruchzahlen sind erlaubt, zum Beispiel haben Quarks elektrische Ladungen von$\pm\frac{1}{3}$Und$\pm\frac{2}{3}$.

Bearbeiten: Ich würde hinzufügen, dass die stabilen Atome in unserem Universum aus Elektronen und Up & Down-Quarks bestehen. Diese werden also Materieteilchen genannt, während Positronen und Anti-Up- und Anti-Down-Quarks Antimaterieteilchen genannt werden. Darüber hinaus werden alle instabilen Teilchen mit höherer Masse, die überwiegend in diesen "Materie" -Teilchenbereich zerfallen, auch Materieteilchen genannt und wenn sie in Antimaterieteilchen zerfallen.