Какие барьеры существуют, чтобы помешать нам превратить барион в антибарион?

Вы пойдете против всех известных знаний физики элементарных частиц.

Частицы и античастицы различаются квантовыми числами, которые неизменны в стандартной модели, т. е. существуют строгие законы сохранения или законы сохранения, управляющие взаимодействиями, соблюдение которых доказано снова и снова.

Ни один такой переключатель не может выйти, так что сдавайся или пиши научную фантастику,

Как было подчеркнуто с самого начала Манишертом, сохранение электрического заряда, вероятно, является самым серьезным ограничением. Поэтому ожидать, что протон превратится в антипротон, почти безнадежно. Однако в Стандартной модели физики элементарных частиц барионное число точно не сохраняется. Точнее, это симметрия классической теории, но она нарушается квантовой киральной аномалией . Вы можете думать о барионе (скажем, нейтроне) и соответствующем антибарионе как о двух минимумах потенциала с одинаковой энергией, но разделенных барьером. Чтобы барион превратился в антибарион, он должен пройти сквозь барьер. Скорость туннелирования очень мала . (При нулевой температуре он подавляется как$e^{-c}$где$c$обратно пропорциональна электрослабой связи и больше 100.) Плохие новости.

Теперь немного теоретического хайпа. Вы спрашивали о превращении материи в антиматерию как низкоэнергетическом процессе. С точки зрения теории эффективного поля такой процесс обязательно должен быть сильно подавлен. Либо он протекает через упомянутую выше электрослабую аномалию, либо использует какую-то новую, неизвестную физику. Другого пути нет, поскольку Стандартная модель чрезвычайно хорошо проверена в экспериментах на коллайдерах. Каждый раз, когда в дело вступает новая физика, вероятность процессов, которые она опосредует, будет подавляться некоторой силой$E/M$где$E$это низкая энергия и$M$массовый масштаб новой физики. Текущие экспериментальные ограничения на новую физику, которая нарушает законы сохранения, присутствующие в Стандартной модели, такие как сохранение барионного или лептонного числа, очень строги, что делает возможный масштаб$M$очень высоко. В частности, если бы какая-то новая физика нарушила барионное число, это привело бы к распаду протона на более легкие частицы. До сих пор этого не наблюдалось, и чтобы оценить, насколько это маловероятно, обратите внимание, что экспериментальная нижняя граница времени жизни протона в настоящее время составляет$10^{30}$годы.

Краткий ответ: сдавайся сейчас. Сохранение барионного числа, лептонного числа, странность, обаяние, низость, а главное заряд усложняют вашу работу.

Длинный ответ: время от времени я игнорирую проблемы сохранения заряда; как это не весело, если принять это во внимание

Ну, не барионы и не лептоны. И у нас тоже есть закон сохранения заряда.

Барионы

Имеем закон сохранения барионного числа$B=\frac{1}{3}(\text{number of quarks-number of antiquarks})$, который имеет противоположные значения для пар частица-античастица. Единственный способ превратить барион в его антибарион — это бомбардировать его другим антибарионом с (отрицательным) удвоенным барионным числом (а также удвоенным отрицательным зарядом). А для этого потребуется энергия (для создания антибариона).

лептоны

Для лептонов имеем сохранение лептонных чисел$L_e,L_{\mu},L_{\tau}$. Я сомневаюсь, что существует какая-либо реакция, в которой лептон становится антилептоном, поскольку лептоны могут иметь только лептонное число.$\pm1$, а реакции частиц включают два реагента (IIRC). Я не рассматриваю здесь осцилляции нейтрино; они позволяют делать такие вещи. Единственным естественно распространенным нейтрино является электронное (может быть, не распространенным в природе, но его легко генерировать пассивно); к сожалению, у него очень низкая энергия. И вся эта штука с нейтринными осцилляциями до сих пор обсуждается. В любом случае, источником нейтрино будет бета-распадающееся вещество; и есть разные, более простые способы получения энергии из этого.

Мезоны

Мезонам проще, хотя ограничения все же есть (сохранение прелести, верха, низа). Из-за этих ограничений возможны единственные преобразования для этих мезонов (и их антимезонов):$u\bar{d} (\pi^\pm),d\bar{t},u\bar{t}$. Последняя все равно находится в суперпозиции со своей античастицей, так что всего мы получаем две пары реакций превращения частица-античастица.

Калибровочные бозоны

(Я не уверен, что калибровочные бозоны могут делать такие реакции)

Анализ реализуемости мезонов

В любом случае, антиматерия = безграничная энергия — это что-то довольно раздутое. Здесь у нас есть два возможных кандидата.$d\bar{t}$не является обычной частицей (не знаю, был ли он вообще синтезирован; топ-кварки довольно сложно создать, а в Википедии нет данных в списке мезонов), и в любом случае он довольно нестабилен. Вам придется вкачать кучу энергии, чтобы создать его, и это противоречит цели.

Возможность пи-мезона

$u\bar{d}/\bar{u}d (\pi^\pm)$интересно, так как это обычная частица в ядрах. Но он связан внутри (не совсем так — это часть виртуального «моря» частиц, но от этого еще хуже) и довольно быстро распадается. Так что вам придется разорвать атом (да, вы получите энергию от этого, но не если разделить его на нуклоны), «поймать» пи-мезон, превратить его в античастицу с помощью «квантового переключателя». ", и столкнуть его с другим пи-мезоном (как вариант, без "квантового переключателя" можно просто найти противоположный пи-мезон). И это даст вам крошечное количество энергии по сравнению с вашими усилиями. Вы также должны были бы предоставить некоторую противоположно заряженную частицу для сохранения заряда. Делая это более сложным.

Заключение

Так что нет, это плохой источник энергии. Это не работает для протонов/нейтронов/электронов; это будет работать только для двух частиц (еще одна, если мы рассматриваем осцилляции нейтрино). Ни один из них не осуществим. Придерживайтесь деления-синтеза.