Wie funktioniert Vernichtung?

Wie funktioniert Vernichtung ? Ich frage mich, warum Materie und Antimaterie eigentlich vernichten, wenn sie in Kontakt kommen. Was genau passiert? Ist das ein bekannter Vorgang? Liegt es nur an den unterschiedlichen Ladungen? Was ist dann mit Neutronen und Antineutronen? Ich schätze, das wären ihre Quarks, aber wäre es nicht sehr unwahrscheinlich, welche ihrer einzelnen Quarks tatsächlich genau zur gleichen Zeit die Antiquarks des anderen (Anti-)Neutrons berühren würden?

Antworten (2)

Der QED-Lagrangian enthält den fundamentalen Scheitelpunkt:

[Bildquelle: Wikimedia ]

Je nachdem, wie Sie dieses Diagramm betrachten, kann es verschiedene Dinge darstellen. Wenn Sie sich vorstellen, dass die Zeit vertikal nach oben fließt, dann zeigt sie ein Elektron, das ein Photon aussendet, wenn es beschleunigt. Wenn Sie stattdessen die nach rechts fließende Zeit betrachten, sieht es aus wie eine Paarbildung aus einem einzelnen Photon. Die nach links fließende Zeit würde wie die Vernichtung in ein einzelnes Photon aussehen. In diesen letzten beiden Fällen ist es jedoch nicht möglich, mit diesem Diagramm allein Schwung zu erhalten. Im Schwerpunktsystem hat das kollidierende Elektron- und Positronensystem einen verschwindenden Gesamtimpuls. Das Photon hat jedoch in allen Referenzsystemen Impuls.

Es müssen also zwei Photonen erzeugt werden, damit die Vernichtung stattfindet. Dies kann wie folgt erfolgen:

[Bildquelle: Wikimedia ]

Dies ist der Prozess, durch den die Vernichtung stattfindet.

Wenn Sie das Elektron durch ein beliebiges geladenes Elementarteilchen ersetzen, gilt das Obige ebenfalls. Bei neutralen Elementarteilchen erfolgt die Vernichtung über die schwache Wechselwirkung, bei der der Scheitelpunkt ein Z-Boson anstelle eines Photons beinhaltet.

Eine gute Antwort, aber wenn ich die Konvention verwende, werde ich nervös. Andererseits macht die Beschriftung der Achsen , damit wir sehen können, was Sie getan haben, das mehr als wett.
Ich muss gestehen, dass ich die Figuren aus Wikipedia geklaut habe (nachdem die Google-Bildersuche sie gefunden hatte). Die Anerkennung für die Kennzeichnung geht also nicht an mich (noch die Schuld für die fehlgeleitete Richtung).

Was genau passiert?

Die Antwort ist unbekannt. Wir haben jedoch ein gutes Modell, QED, das einen kontinuierlichen Prozess der Partikelerzeugung und -zerstörung mathematisch beschreibt.

Der QED-Hamiltonoperator, der Generator der infinitesimalen Zeitentwicklung, hat einen Wechselwirkungsterm, der Elektronen, Positronen und Photonen erzeugt/zerstört. Dies geschieht an einem Punkt, einem Ereignis, in der Raumzeit. Dieser "Scheitelpunkt" beinhaltet drei Teilchen, von denen eines entweder vor oder nach der Wechselwirkung erscheinen muss.

Zum Beispiel könnte es nur ein Elektron davor geben, aber danach ein Elektron und ein Photon. Aber es gibt ein Problem: Impuls und Energie können nicht gleichzeitig erhalten werden; Mindestens ein Partikel muss "off-shell" oder "virtuell" sein.

Das virtuelle Teilchen kann sich jedoch zu einem anderen Vertex ausbreiten und an diesem beteiligt sein, und die Kombination der beiden kann Impuls und Energie bewahren.

Betrachten Sie also zum Beispiel einen Scheitelpunkt mit einem Elektron davor und dahinter, einem echten Photon und einem virtuellen Elektron. Betrachten Sie einen anderen Scheitelpunkt mit dem virtuellen Elektron und einem Positron davor und danach, einem echten Photon.

Die Kombination der beiden Prozesse wird als Elektron und Positron davor und danach zwei Photonen "gesehen"; zwei Materieteilchen werden zerstört und zwei Vektorteilchen entstehen.

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