Wird 1 Gramm Materie, die sich mit relativistischer Geschwindigkeit bewegt, eine größere Menge stationärer Antimaterie vollständig vernichten?

Dies ist eine Frage zum relativistischen Massenkonzept, das ich hauptsächlich aufgrund des folgenden Szenarios nicht verstehe.

Einfaches Szenario:

Angenommen, 1 Gramm Materie wird auf 99 % der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt. Bei dieser Geschwindigkeit ist die relativistische Masse siebenmal größer als die Ruhemasse. Wenn diese Materie mit einer stationären Menge von 7 Gramm Antimaterie kollidiert, werden sich die beiden Massen dann vollständig miteinander vernichten? Oder wird die Materie nur Antimaterie im Wert von 1 Gramm vernichten?

Wenn letzteres zutrifft, was genau übersehe ich dann an dem relativistischen Massenkonzept, das ersteres falsch macht?

Stellen Sie sich die Vernichtung in Bezug auf konservierte Quantenzahlen vor, von denen die wichtigste die Ladung ist. Relativistische Bewegung ändert die Ladung eines Körpers nicht, daher benötigen Sie für jedes geladene Teilchen in Ihrer Materie ein geladenes Teilchen mit entgegengesetzter Ladung in der Antimaterie.
Noch ein Grund, warum wir keine „relativistische Masse“ lehren sollten.
Wenn Sie 1 Gramm Materie haben, die auf 0,99 c beschleunigt wurde, und 1 Gramm stationäre Anti-Materie, dann haben Sie im Massenmittelpunkt die gleiche "relativistische Masse" von beiden. Das ist symmetrisch und das ist es, was Sie für eine vollständige Vernichtung brauchen. Nicht 7 Gramm
Aus Sicht der Materie bewegt sich die große Menge Antimaterie mit relativistischer Geschwindigkeit.
Vielleicht ist eine bessere Frage zu stellen -What happens to the kinetic energy of the particles in matter/antimatter annihilation?
Was passiert mit der kinetischen Energie?
Das Gleiche passiert mit dem Rest der Energie: Sie wird als Photonen und Neutrino-Antineutrino-Paare und vielleicht noch etwas anderes abgestrahlt.
Die andere Frage ist, ob sieben Gramm von was auch immer, bestehend aus Milliarden von Teilchen, jemals so auf sieben Gramm Antimaterie treffen können, dass jedes Teilchen sein Antiteilchen findet. Ich denke, das ist bei jeder Art von Kollisionsgeschwindigkeit unwahrscheinlich ...

Antworten (5)

Eine raffinierte und dennoch einfache Methode, um zu erkennen, dass die Antwort „Nein“ lauten muss . ist, sich daran zu erinnern, dass Geschwindigkeit relativ ist – dass es keinen absoluten Begriff der Geschwindigkeit gibt.

Sie sagten, die Materie bewege sich und die Antimaterie sei still, aber dieser Standpunkt (AKA-Bezugsrahmen) ist in keiner Weise privilegiert. Ein bezüglich der Materie ruhender Beobachter hat ebenso Recht auf die Bewegung der Antimaterie zu schließen, wie Sie darauf schließen müssen, dass sich die Materie bewegt.

Sie können sich also nicht auf einen geschwindigkeitsabhängigen Massenbegriff verlassen, um die Konsequenzen des Szenarios zu berechnen.

Der moderne Ansatz zur Relativitätstheorie besteht darin, die (einzige!) Masse eines Teilchens oder Systems als das Quadrat seines Energie-Impuls-Viervektors (mit geeigneten Faktoren von c ):

m = E 2 − ( p c ) 2 c 2 .

Das Ding, das man Ihnen beigebracht hat, "relativistische Masse" zu nennen, γ m , ist (bis auf zwei Faktoren von c ) beschrieben als die "Gesamtenergie" des Teilchens oder Systems.

"Es gibt keinen absoluten Begriff der Geschwindigkeit" ... : Ich berücksichtige, dass sich das Sonnensystem mit V = 369 km / s in Bezug auf den CMB bewegt, dh die fernen Sterne. V ist die SS-Absolutgeschwindigkeit in offiziellen Referenzen.
Wir haben dieses Thema schon einmal behandelt, aber für diejenigen, die später kommen: Identifizierbar ist nicht dasselbe wie privilegiert. Lokale, sich mitbewegende Koordinaten sind identifizierbar, aber sie sind nicht absolut. Und an Ihrer Aussage ist nichts "offizielles".
Diese Antwort erklärt nicht wirklich, warum dieser Begriff der Masse (Ruhemasse) der relevante ist. Außerdem gibt es keinen absoluten Begriff der Geschwindigkeit, aber es gibt einen absoluten Begriff der relativen Geschwindigkeit zwischen den beiden Teilchen, nicht wahr?
@Bzazz Im Gegenteil, es erklärt es. Kein "relativer" Massenbegriff wird in allen Rahmen dieselbe Vorhersage treffen, aber es kann nur ein Ergebnis des Experiments geben, daher muss die richtige Theorie dieselbe Vorhersage aus Sicht aller Beobachter bieten. Das heißt, es muss ein unveränderlicher Massenbegriff verwendet werden, und das bedeutet einen Lorentz-Skalar.

Die Teilchen-Antiteilchen-Vernichtung erfolgt auf Teilchenbasis. Ein Elektron vernichtet am Positron. Ein Up-Quark vernichtet ein Anti-Up-Quark. Ein Down-Quark vernichtet ein Anti-Down-Quark. Die Bewegung mit relativistischen Geschwindigkeiten ändert die Anzahl der Teilchen nicht.

Übrigens könnte man ein Elektron mit einem Antimyon vernichten, da ein Elektron und ein Myon die gleichen Quantenzahlen haben, obwohl ein Myon schwerer ist.

Außerdem könnte man genauso gut sagen, dass die Materie ruht und die Antimaterie sich bewegt, also hätte man nach der gleichen Logik 49-mal so viel Antimaterie.

Ein Elektron kann ein Antimyon nicht vernichten, da sie nicht genau die gleichen Quantenzahlen besitzen. Sie haben unterschiedliche Leptonzahlen.
Sie haben unterschiedliche Lepton-Familiennummern, aber diese sind nur annähernd konserviert. Die zu erhaltende Gesamtzahl an Leptonen ist bei allen gleich. Aber Sie scheinen Recht zu haben, dass sie nicht vernichten würden. Oder sie würden zumindest ein Elektron-Neutrino und ein Myon-Antineutrino zurücklassen.

Jedes Teilchen vernichtet nur sein exaktes Antiteilchen. Elektronen vernichten Positronen. Ein Blue-Up-Quark vernichtet ein Anti-Blue-Anti-Up-Quark. Ein Myon vernichtet ein Antimyon. Die Sache mit Antimaterie ist, dass sie ein genaues Gegenteil jedes bestimmten Teilchentyps postuliert (mit Ausnahme von Dingen wie Photonen, die ihre eigenen Antiteilchen sind). Es geht darum, identisch entgegengesetzte Teilchen, dieselbe Masse (und denselben Spin) zu haben, die allem anderen gegenüberstehen.

Was Sie am relativistischen Massenkonzept übersehen, ist, dass es eine schreckliche Idee ist, die Sie fast immer in ernsthafte Schwierigkeiten bringen wird. Relativistische Masse ist nur Energie, die in Masseneinheiten gemessen wird, und wenn Sie sie wie Masse verwenden, erhalten Sie die falsche Beschleunigung für tangential aufgebrachte Kräfte und fast jede andere physikalische Situation.

Wenn man relativistische Geschwindigkeiten betrachtet, verschwimmt der Begriff „Teilchen & Antiteilchen“ etwas. Die korrekte Behandlung eines relativistischen freien Elektrons ergibt sich beispielsweise aus der Dirac-Gleichung , die Dirac-Spinoren in Beziehung setzt . Ein Spinor ist so etwas wie ein 4er-Vektor, der die Wellenfunktion unseres Elektrons beschreibt.

In seinem Ruhesystem repräsentieren zwei der Komponenten des Spinors einen Elektronenzustand, während die anderen beiden einen Antielektronen-(Positron)-Zustand darstellen.

Jetzt kommt die Wendung: Wenn Sie den Bezugsrahmen ändern, müssen Sie mit einem Lorentz-Boost auf den Spinor einwirken. Dies wirkt sich im Allgemeinen auf alle Komponenten des Spinors aus, wodurch die auf den Positronenzustand bezogenen Komponenten des Spinors ungleich Null werden. Das bedeutet, dass Sie nicht wirklich zwischen Elektron und Positron unterscheiden können, wenn sich das Teilchen relativistisch zu Ihnen bewegt.

Dies ist nicht als Antwort auf Ihre Frage gedacht (es ist nicht leicht zu beantworten), sondern eher als Kommentar.

Die Antwort auf die Hauptfrage lautet nein . Ein Gramm Materie (Elektronen) vernichtet genau ein Gramm Antimaterie (Positronen), egal mit welcher Geschwindigkeit sie sich annähern. Wenn sie mit einer anderen Geschwindigkeit als Null kollidieren, wird die Energie aufgrund der Bewegung auch der Energie hinzugefügt, die durch die Vernichtung erzeugt wird.

Wird 1 Gramm Materie, die sich mit relativistischer Geschwindigkeit bewegt, eine größere Menge stationärer Antimaterie vollständig vernichten?
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