Как теория относительности связана с античастицами? [дубликат]

Я хотел бы услышать более глубокое объяснение того, что мы считаем антиматерией, почему она аннигилирует с материей и как это связано с относительностью.

Это таблица элементарных частиц , полученная из бесчисленных измерений:

Каждая частица имеет характерную массу и несколько характерных квантовых чисел.

Каждой частице соответствует античастица, что означает: античастица имеет ту же массу, что и частица, но противоположные по знаку квантовые числа. Таким образом, когда частица встречается с античастицей, квантовые числа становятся равными нулю, и доступная энергия (минимум 2*m) может превратиться в другие частицы с квантовыми числами, которые в сумме будут равны нулю. Таким образом, e+e- может аннигилировать в нейтрино, антинейтрино, кварк, антикварк и т. д., пока сумма квантовых чисел равна нулю.

Связь с относительностью исходит из знаменитой эквивалентности массы энергии.

Причудливое выражение, что позитрон — это электрон, движущийся назад во времени, исходит из математики вычисления сечений, в частности, из диаграмм Фейнмана . Просто математика.

Утверждение, что позитрон подобен электрону, движущемуся назад во времени, само по себе прекрасно объяснимо с точки зрения классической физики. Поскольку заряд частиц противоположен, сила, вызванная электрическим и магнитным полем, т.е. q(E + vx B), будет противоположной. Так, поля, ускоряющие электроны, будут тормозить позитроны с той же скоростью и наоборот. Таким образом, при равенстве полей фильм о позитроне будет просто перевернутым фильмом об электроне. Вот что имеется в виду под движением назад во времени.

Необходимость античастиц была впервые замечена при попытке построить квантово-механические описания частиц, которые подчиняются релятивистскому закону энергии-импульса-массы.$m^2c^4 = E^2 - (\mathbf{p}c)^2$отношение.

Уравнение Шредингера интуитивно понятно из комбинации правил де Бройля.$E = hf$и$p = h/\lambda$и классический гамильтониан$E = p^2/2m + V(x)$. Соответственно, это нерелятивистская теория по построению.

Попытка воспроизвести интуитивный скачок релятивистски правильным способом приводит к уравнению Клейна-Гордена.

Когда квантовая механика расширяется до квантовых теорий поля, смысл становится еще более ясным, потому что операторы «разрушения» для каждой частицы являются также операторами создания для античастиц.

Таким образом, очень разумное мнение здесь состоит в том, что природа массы как скаляра Лоренца требует, чтобы у массивных частиц были партнеры-античастицы.

Этот ответ представляет собой краткую и неполную версию аргумента, изложенного Бортом в комментариях к самому вопросу.

Как теория относительности связана с античастицами?

Насколько я знаю, теория относительности ничего не говорит об античастицах. Но физика элементарных частиц знает. Взгляните на эффект Эйнштейна-де Гааза, который «демонстрирует, что момент количества движения вращения действительно имеет ту же природу, что и момент количества движения вращающихся тел, как это понимается в классической механике» . Электрон не вращается, как планета, потому что, как мы знаем из атомных орбиталей , электроны «существуют как стоячие волны» . И, как мы также знаем, они имеют «спинорную» природу пояса Дирака : «В этом смысле лента Мёбиуса напоминает частицы со спином ½ в квантовой механике,.

_{Изображение спинора GNUFDL от Slawekb, см. Википедию.}

Погуглите по хиральности позитрона , и вы сможете прочитать, что позитрон имеет хиральность, противоположную электрону. ИМХО, вы можете оценить это, сделав ленты Мёбиуса с разной хиральностью. Один с поворотом против часовой стрелки влево представляет электрон. Другой с поворотом по часовой стрелке вправо представляет позитрон. Или вы можете поиграть с чем-то динамичным, например, с анимацией тора Адриана Росситера . Этот gif представляет позитрон:

Теперь найдите программу, которая реверсирует gif и «воспроизведет его задом наперед». Если вы также перевернете его по горизонтали, он будет больше похож на левостороннюю ленту Мёбиуса. Итак, этот gif представляет электрон:

Обратите внимание, что электрон и позитрон на самом деле не фиолетовые пончики. Они «существуют как стоячие волны», которые выглядят неподвижными, имеют сферическую симметрию и не имеют никакой поверхности. Это квантовая теория поля , электрон — это не сплошной тор или бильярдная сфера, у которой есть поле, поле — это то, чем оно является . Это поле имеет природу спина ½ спина, и эти гифки — лучшее, что я могу найти, чтобы передать это.

Я слышал, что позитрон подобен электрону, движущемуся назад во времени.

Это не так. Как сказала Анна, это просто математика. Электрон — это всего лишь «позитрон, обращенный во времени», как показано на приведенных выше картинках. Ни один из них не движется назад во времени. У них просто противоположная хиральность. И зарядить. У них противоположные квантовые числа. Все они компенсируют друг друга при аннигиляции , что обычно приводит к появлению двух гамма-фотонов. Для аналогии, если циклон встретится с антициклоном, останется только ветер. Когда электрон встречается с позитроном, остается только свет.