Каков правильный термин для «полярности» материи (материя против антиматерии)? Допускаются ли дробные полярности?

Хороший вопрос! На самом деле я не знаю термина для этого. Чаще всего такой термин используется для классификации частиц, например, «полярность электрона — это полярность материи», но в этом случае большинство физиков сказали бы просто «электрон — это частица материи».

Существует математический оператор, называемый оператором зарядового сопряжения , который преобразует математическое описание частицы материи в соответствующую античастицу. Это можно как бы использовать для различения материи и антиматерии, хотя это не говорит вам, какая частица является материей, а какая частицей — антиматерией (потому что это просто вопрос того, какая частица встречается чаще).

Известны две элементарные частицы: фотон и$Z^0$бозон, математическое описание которого не меняется при применении оператора зарядового сопряжения. Другими словами, фотон и$Z^0$являются их собственными античастицами. Это соответствует тому, что вы называете "нейтральной полярностью". Мы знаем о других частицах, которые сами по себе являются античастицами, потому что они представляют собой комбинацию более фундаментальной частицы и ее античастицы; например,$\mathrm{J/\psi}$мезон состоит из очарованного кварка и антиочаровательного кварка, поэтому замена материи на антиматерию и наоборот дает вам$\mathrm{J/\psi}$обратно.

Учитывая определение зарядового сопряжения, я не думаю, что дробные «полярности» действительно разумная концепция. В конце концов, должно быть понятно, что двукратное применение зарядового сопряжения должно преобразовать частицу обратно в ее исходное состояние, возможно, с точностью до знака:$|\mathcal{C}^2| = 1$, и я думаю, что дробная "полярность" по определению подразумевала бы, что$|\mathcal{C}^2| \neq 1$. Что кажется чуть менее странным, так это «сложная полярность», где$|\mathcal{C}^n| = 1$для некоторых$n > 2$; это будет соответствовать частице (или, скорее, ее математическому описанию), которая должна быть многократно сопряжена с зарядом, чтобы вернуться к своему первоначальному состоянию. Таким образом, вместо простой частицы и античастицы у вас будет частица, сопряженная частица 1, сопряженная частица 2 и т. д., и для того, чтобы заставить их аннигилировать, вам придется собрать по одной из этих разных частиц вместе в точке то же место в то же время. Ничего подобного неизвестно, и я не удивлюсь, если есть какая-то теоретическая причина полагать, что этого не может быть. (Однако он имеет некоторое сходство с цветовым зарядом, связанным с сильным взаимодействием.)

Не существует единой полярности или более правильно сохраняющегося квантового числа. Это зависит от ненулевых квантовых чисел частицы. Например, для электронов и позитронов это будет и электрический заряд, и электронный аромат. Есть частицы, у которых есть собственная античастица, например фотон. Итак, для фотона все эти числа равны 0, поэтому он является собственной античастицей.

Допускаются дробные числа, например, кварки имеют электрические заряды$\pm\frac{1}{3}$и$\pm\frac{2}{3}$.

Редактировать: я бы добавил, что стабильные атомы в нашей Вселенной состоят из электронов и верхних и нижних кварков. Поэтому они называются частицами материи, тогда как позитроны и анти-верхние и анти-нижние кварки называются частицами антиматерии. Кроме того, любые нестабильные частицы с более высокой массой, которые распадаются преимущественно на эти частицы «материи», также называются частицами материи, а если они распадаются на частицы антиматерии.