Ich bin kein Physik-Major, nur sehr interessiert an einigen Dingen über Physik, wenn ich in dem Buch lese, dass einige Teilchen aus Quarks bestehen und diese Teilchen und ihre Antiteilchen-Vernichtungsreaktion, wie ein Proton und ein Antiproton zwei Gamma Photonenvernichtungsreaktion wird passieren, aber das Proton und die Quarks, warum zum Zeitpunkt der Vernichtung keine positiven und negativen Quarks erzeugen, die Teilchen vernichten? Ich frage mich, ob Quarks tatsächlich vernichten können, würde die Vernichtung von Protonen und Antiprotonen mehrere Photonen mit der gleichen Masse wie die Quarks in ihnen erzeugen, anstatt nur zwei Photonen mit der gleichen Masse wie die Protonen? Dieser Punkt verwirrt mich wirklich, ich hoffe, es gibt einen großen Gott, der mir eine Anleitung geben kann, danke!
Quarks und Antiquarks annihilieren, aber im Allgemeinen auf indirekte Weise, indem sie zuerst ein Meson bilden.
Beispielsweise überwältigt bei der Proton-Antiproton-Vernichtung die starke Wechselwirkung die elektromagnetische Wechselwirkung, und die Quarks und Antiquarks ordnen sich zu einer gewissen Anzahl von Pionen neu an. (Die durchschnittliche Anzahl von Pionen beträgt etwa fünf; siehe diesen Vortrag von Goldhaber für eine Insider-Perspektive darüber, warum dies ein Rätsel war, und seine Lösung.) Die geladenen Pionen können nicht zu Photonen zerfallen, während sie die elektrische Ladung bewahren; Geladene Pionen zerfallen hauptsächlich über die schwache Wechselwirkung zu Myonen. Neutrale Pionen zerfallen zu Photonenpaaren. Wenn Sie jedoch mit Quarks noch nicht vertraut sind, werden Sie möglicherweise beunruhigt sein, wenn Sie erfahren, dass das neutrale Pion keinen genau definierten Quarkgeschmack hat. Die ist eine Mischung aus Und .
Diese „vermittelte Vernichtung“ ist nicht auf Quarks beschränkt. Normale alte Positronen in Materie bilden im Allgemeinen einen gebundenen Zustand mit einem Elektron, bevor sie zu Photonen vernichten. Es gibt tatsächlich zwei Arten dieses gebundenen Zustands, Positronium , die sich in der Symmetrie des Spinstücks der Wellenfunktion und des Spins des Grundzustands unterscheiden. Das spinlose Parapositronium annihiliert zu zwei Photonen; das Spin-Triplett Ortho-Positronium muss auf mindestens drei Photonen annihilieren. Die Ortho-Positronium-Vernichtung ist ungefähr 1000-mal langsamer als die Vernichtung von Para-Positronium.
Ich verstehe deine Frage vielleicht falsch, aber es scheint, als würdest du fragen:
Die Antwort auf 1) ist ja, was Sie in Büchern gelesen haben, ist richtig. Quarks und Antiquarks können in zwei Photonen vernichten. Vielleicht hängt die Subtilität hier mit dem Confinement zusammen: Quark- und Gluon-Wechselwirkungen verhalten sich auf verschiedenen Energieskalen sehr unterschiedlich. Bei hohen Energien binden Quarks nicht, um Protonen zu bilden. Stattdessen können ein Quark und ein Antiquark irgendwann lange vor der Vernichtung frei in einem Anfangszustand existieren. Wir können also sagen: Wir beginnen mit einem Quark und einem Antiquark, dann vernichten sie sich und wir haben zwei Photonen.
Bei niedrigen Energieskalen sind die Dinge komplizierter. Quarks interagieren sehr stark mit Gluonen, so sehr, dass das einfache Bild von Anfangszustand – Wechselwirkung – Endzustand (wie die Experten sagen würden, die S-Matrix in der Störungstheorie) zusammenbricht. Stattdessen müssen wir mit den gebundenen Zuständen arbeiten, die die Quarks bilden: Protonen, Neutronen, Pionen usw. Dann können diese gebundenen Zustände wie zuvor analysiert werden: Ein Proton kann ein Anfangszustand sein, der an einer Wechselwirkung teilnimmt .
Das bringt uns zu 2) Was passiert, wenn Protonen und Antiprotonen kollidieren? Ein berühmtes Beispiel dafür ist das Tevatron, ein Collider, der Protonen und Antiprotonen bei hohen Energien kollidieren ließ. Bei hohen Energien finden die konstituierenden Quarks und Gluonen innerhalb dieser gebundenen Zustände einander und vernichten (oder interagieren auf andere Weise), und diese grundlegenden Vernichtungen würden auch jeweils zwei Photonen erzeugen. Da Proton und Antiproton aus vielen Quarks und Antiquarks bestehen (und bei hohen Energien auch mehr Quark-Antiquark-Paare aus dem Vakuum auftauchen und interagieren können), können aus diesen mehreren insgesamt viel mehr als zwei Photonen erzeugt werden zugrunde liegende Vernichtungsereignisse. Wirklich, diese gebundenen Zustände sind ein bisschen chaotisch, also ist es besser, sich vorzustellen, dass zwei Blobs eines Bündels von Partikeln zusammenstoßen und die Partikel auf verschiedene Weise interagieren können, eine Menge verschiedener Dinge auswerfen: Quarks oder Gluonen, die ausgestoßen werden und Jets, Photonen und andere Arten von Teilchen bilden. Da diese gebundenen Zustände kompliziert sind, sind auch ihre Endzustände komplizierter, und es gibt viele Möglichkeiten, was bei diesen Wechselwirkungen erzeugt werden kann. Das einfache Bild von Teilchen + Antiteilchen -> zwei Photonen erfasst die Physik für Proton-Antiproton-Kollisionen nicht vollständig.
Sebastian Riese
anna v