Сможет ли 1 грамм материи, движущейся с релятивистской скоростью, полностью аннигилировать большее количество стационарной антиматерии?

Сложный, но простой способ увидеть, что ответ должен быть «Нет» . состоит в том, чтобы напомнить, что скорость относительна, что не существует абсолютного понятия скорости.

Вы сказали, что материя движется, а антиматерия неподвижна, но эта точка зрения (также известная как система отсчета) никоим образом не является привилегированной. Наблюдатель, покоящийся по отношению к материи, имеет такое же право заключить, что антиматерия движется, как и вы должны заключить, что материя движется.

Таким образом, вы не можете полагаться на понятие массы, зависящее от скорости, чтобы проработать последствия сценария.

Современный подход к теории относительности состоит в том, чтобы определить (единственную!) массу частицы или системы как квадрат ее четырех вектора энергии-импульса (с соответствующими факторами$c$):

То, что вас учили называть "релятивистской массой",$\gamma m$, есть (с точностью до двух множителей$c$) описывается как «полная энергия» частицы или системы.

Аннигиляция частица-античастица осуществляется отдельно для каждой частицы. Один электрон аннигилирует на позитроне. Один верхний кварк аннигилирует один антиверхний кварк. Один нижний кварк аннигилирует один антинижний кварк. Движение с релятивистскими скоростями не меняет количество частиц.

Если на то пошло, вы можете аннигилировать электрон антимюоном, поскольку электрон и мюон имеют одинаковые квантовые числа, хотя мюон тяжелее.

Кроме того, с тем же успехом вы могли бы сказать, что материя неподвижна, а антиматерия движется, поэтому по той же логике у вас будет в 49 раз больше антиматерии.

Каждая частица аннигилирует только свою античастицу. Электроны аннигилируют позитроны. Синий вверх-кварк аннигилирует анти-синий анти-верхний кварк. Мюон аннигилирует антимюон. Дело в том, что антиматерия постулирует полную противоположность каждому конкретному типу частиц (за исключением таких вещей, как фотоны, которые сами по себе являются античастицами). Речь идет об одинаково противоположных частицах, одинаковой массе (и спине), противоположных всему остальному.

Что вы упускаете из виду в отношении концепции релятивистской массы, так это то, что это ужасная идея, которая почти всегда доставит вам серьезные неприятности. Релятивистская масса — это просто энергия, измеряемая в единицах массы, и если вы используете ее как массу, вы получите неправильное ускорение для тангенциально приложенных сил и почти в любой другой физической ситуации.

При рассмотрении релятивистских скоростей понятие «частица и античастица» несколько размывается. Правильная трактовка релятивистского свободного электрона, например, дается уравнением Дирака , которое связывает спиноры Дирака . Спинор — это что-то вроде 4-вектора, описывающего волновую функцию нашего электрона.

В его системе покоя два компонента спинора будут представлять электронное состояние, а два других представляют антиэлектронное (позитронное) состояние.

Теперь возникает поворот: если вы измените систему отсчета, вы должны воздействовать на спинор с помощью лоренцева усиления. В целом это повлияет на все компоненты спинора, сделав компоненты спинора, связанные с позитронным состоянием, ненулевыми. Это означает, что вы не можете реально отличить электрон от позитрона, если частица движется относительно вас с релятивистской скоростью.

Это не ответ на ваш вопрос (на него нелегко ответить), а скорее комментарий.

Ответ на главный вопрос - нет . Один грамм материи (электронов) аннигилирует ровно один грамм антиматерии (позитронов), независимо от скорости, с которой они приближаются друг к другу. Если они столкнутся со скоростью, отличной от нуля, энергия движения также добавится к энергии, произведенной аннигиляцией.