Wie hängt die Relativitätstheorie mit Antiteilchen zusammen? [Duplikat]

Ich würde gerne eine tiefere Erklärung darüber hören, wofür wir Antimaterie halten, warum sie sich mit Materie vernichtet und wie dies mit der Relativitätstheorie zusammenhängt.

Dies ist die aus unzähligen Messungen abgeleitete Tabelle der Elementarteilchen :

Jedes Teilchen hat eine charakteristische Masse und mehrere charakteristische Quantenzahlen.

Jedem Teilchen entspricht ein Antiteilchen, was bedeutet: Das Antiteilchen hat die gleiche Masse wie das Teilchen, aber Quantenzahlen mit entgegengesetztem Vorzeichen. Wenn also ein Teilchen auf ein Antiteilchen trifft, werden die Quantenzahlen Null und die verfügbare Energie (mindestens 2*m) kann sich in andere Teilchen verwandeln, deren Quantenzahlen sich zu Null addieren. Somit kann e+e- zu Neutrino Antineutrino, Quark Antiquark usw. vernichten, solange die Summe der Quantenzahlen Null ist.

Die Beziehung zur Relativitätstheorie kommt von der berühmten Äquivalenz von Masse zu Energie.

Der phantasievolle Ausdruck, das Positron sei ein Elektron, das sich in der Zeit rückwärts bewegt, stammt aus der Mathematik der Querschnittsberechnung und insbesondere aus Feynman-Diagrammen . Nur Mathematik.

Die Aussage, dass ein Positron wie ein Elektron ist, das sich in der Zeit rückwärts bewegt, ist an sich mit der klassischen Physik perfekt erklärbar. Da die Ladung der Teilchen entgegengesetzt ist, ist die Kraft, die durch das elektrische und das magnetische Feld verursacht wird, dh q(E + vx B) entgegengesetzt. Felder, die Elektronen beschleunigen, werden also Positronen mit der gleichen Geschwindigkeit abbremsen und umgekehrt. Wenn also die Felder gleich sind, wird der Film des Positrons nur eine Umkehrung des Elektronenfilms sein. Das ist gemeint, wenn man sich in der Zeit zurückbewegt.

Die Notwendigkeit von Antiteilchen wurde zuerst bemerkt, als versucht wurde, quantenmechanische Beschreibungen von Teilchen zu konstruieren, die der relativistischen Energie-Impuls-Masse gehorchen$m^2c^4 = E^2 - (\mathbf{p}c)^2$Beziehung.

Die Schrödinger-Gleichung wird aus einer Kombination der Regeln von de Broglie abgeleitet$E = hf$Und$p = h/\lambda$und der klassische Hamiltonoperator$E = p^2/2m + V(x)$. Dementsprechend handelt es sich hier um eine nicht-relativistische Theoriekonstruktion.

Der Versuch, den intuitiven Sprung relativistisch korrekt nachzubilden, führt zur Klein-Gorden-Gleichung

Wenn die Quantenmechanik erweitert wird, um Quantenfeldtheorien zu bilden, wird die Bedeutung noch deutlicher, weil die "Zerstörungs"-Operatoren für jedes Teilchen auch die Erzeugungsoperatoren für die Anti-Teilchen sind.

Eine sehr vernünftige Ansicht ist hier also, dass die Natur der Masse als Lorentz-Skalar erfordert, dass massive Teilchen Anti-Teilchen-Partner aufweisen.

Diese Antwort ist die kurze und unvollständige Version des Arguments, das Bort in den Kommentaren zur Frage selbst skizziert hat.

Wie hängt die Relativitätstheorie mit Antiteilchen zusammen?

Soweit ich weiß, sagt die Relativitätstheorie nichts über Antiteilchen aus. Aber die Teilchenphysik tut es. Schauen Sie sich den Einstein-de-Haas-Effekt an , der „zeigt, dass der Spin-Drehimpuls tatsächlich von derselben Natur ist wie der Drehimpuls rotierender Körper, wie er in der klassischen Mechanik konzipiert wird“ . Ein Elektron rotiert nicht wie ein Planet, denn wie wir von Atomorbitalen wissen , existieren Elektronen „als stehende Wellen“ . Und wie wir auch wissen, haben sie die „Spinor“ -Natur eines Diracschen Gürtels : „In diesem Sinne erinnert ein Möbius-Streifen an Teilchen mit Spin ½ in der Quantenmechanik,.

_{GNUFDL-Spinor-Darstellung von Slawekb, siehe Wikipedia}

Google auf Positron Chiralität , und Sie können lesen, dass das Positron die entgegengesetzte Chiralität zum Elektron hat. IMHO können Sie dies schätzen, indem Sie Möbius-Streifen mit unterschiedlichen Chiralitäten herstellen. Einer mit einer Drehung gegen den Uhrzeigersinn nach links repräsentiert das Elektron. Der andere mit einer Drehung im Uhrzeigersinn nach rechts repräsentiert das Positron. Oder Sie können mit etwas Dynamischem herumspielen, wie z. B. Adrian Rossiters Torus-Animationen . Dieses GIF stellt das Positron dar:

Suchen Sie nun ein Programm, um das gif umzukehren , und "spielen Sie es rückwärts". Wenn Sie es auch horizontal drehen, sieht es eher aus wie Ihr linkshändiges Möbiusband. Dieses GIF repräsentiert also das Elektron:

Bitte beachten Sie, dass das Elektron und das Positron eigentlich keine lila Donuts sind. Sie "existieren als stehende Wellen", die bewegungslos aussehen, sie haben eine sphärische Symmetrie und sie haben keinerlei Oberfläche. Es ist die Quantenfeldtheorie , das Elektron ist kein fester Torus oder eine Billardkugel, die ein Feld hat , das Feld ist das, was es ist . Dieses Feld hat Spin-½-Spinor-Natur, und diese GIFs sind das Beste, was ich finden kann, um das zu vermitteln.

Ich habe gehört, dass ein Positron wie ein Elektron ist, das sich rückwärts durch die Zeit bewegt.

Es ist nicht. Wie Anna sagte, das ist nur Mathematik. Das Elektron ist nur ein "zeitumgekehrtes Positron", wie die obigen Gifs umgekehrt sind. Beide gehen in der Zeit nicht zurück. Sie haben nur die entgegengesetzte Chiralität. Und aufladen. Sie haben die entgegengesetzten Quantenzahlen. All dies hebt sich gegenseitig bei der Vernichtung auf , was typischerweise zu zwei Gamma-Photonen führt. Als Analogie: Wenn ein Zyklon auf einen Antizyklon trifft, bleibt nur Wind übrig. Wenn ein Elektron auf ein Positron trifft, bleibt nur noch Licht.