Я не физик, просто очень интересуюсь некоторыми вещами о физике, когда я прочитал в книге, что некоторые частицы состоят из кварков, и будут ли эти частицы и их античастицы аннигиляционной реакцией, такой как протон и антипротон два гамма реакция фотона аннигиляции произойдет, а протон и кварки, почему в момент аннигиляции не образуются положительные и отрицательные кварки аннигилирующие частицы? Интересно, если кварки действительно могут аннигилировать, будет ли аннигиляция протонов и антипротонов производить несколько фотонов с той же массой, что и кварки внутри них, а не только два фотона с той же массой, что и протоны? Этот момент действительно сбивает меня с толку, я надеюсь, что есть большой бог, который может дать мне руководство, спасибо!
Кварки и антикварки действительно аннигилируют, но, как правило, косвенным образом, сначала образуя мезон.
Например, при протон-антипротонной аннигиляции сильное взаимодействие подавляет электромагнитное взаимодействие, и кварки и антикварки перестраиваются в некоторое количество пионов. (Среднее число пионов составляет около пяти; посмотрите это выступление Гольдхабера, чтобы узнать, почему это была загадка, и ее решение.) Заряженные пионы не могут распадаться на фотоны, сохраняя при этом электрический заряд; заряженные пионы в основном распадаются на мюоны посредством слабого взаимодействия. Нейтральные пионы распадаются на пары фотонов. Однако, если вы новичок в кварках, вы можете быть обеспокоены, узнав, что нейтральный пион не имеет четко определенного аромата кварка; в представляет собой смесь и .
Эта «опосредованная аннигиляция» не ограничивается кварками. Обычные старые позитроны в материи обычно образуют связанное состояние с электроном, прежде чем аннигилировать с фотонами. На самом деле существует два вида этого связанного состояния, позитроний , которые различаются симметрией спиновой части волновой функции и спином основного состояния. Бесспиновый парапозитроний аннигилирует до двух фотонов; спин-триплет орто-позитроний должен аннигилировать как минимум до трех фотонов. Аннигиляция орто-позитрония происходит примерно в 1000 раз медленнее, чем аннигиляция пара-позитрония.
Я могу неправильно истолковать ваш вопрос, но похоже, что вы спрашиваете:
Ответ на 1) - да, то, что вы читали в книгах, верно. Кварки и антикварки могут аннигилировать в два фотона. Возможно, тонкость здесь связана с конфайнментом: взаимодействия кварков и глюонов ведут себя очень по-разному на разных энергетических масштабах. При высоких энергиях кварки не связываются с протонами. Вместо этого кварк и антикварк могут свободно существовать в начальном состоянии за некоторое время задолго до того, как произойдет аннигиляция. Так что мы можем сказать: мы начинаем с кварка и антикварка, затем они аннигилируют, и мы получаем два фотона.
В масштабах низких энергий все сложнее. Кварки очень сильно взаимодействуют с глюонами, настолько сильно, что простая картина начальное состояние — взаимодействие — конечное состояние (как сказали бы специалисты, S-матрица в теории возмущений) рушится. Вместо этого мы должны работать со связанными состояниями, которые образуют кварки: протонами, нейтронами, пионами и т. д. Затем эти связанные состояния можно анализировать так, как мы это делали раньше: протон может быть начальным состоянием, которое продолжает участвовать во взаимодействии. .
Это подводит нас к 2) Что происходит, когда сталкиваются протоны и антипротоны? Известным примером этого является Тэватрон, коллайдер, который сталкивал протоны и антипротоны при высоких энергиях. При высоких энергиях составляющие кварки и глюоны внутри этих связанных состояний находят друг друга и аннигилируют (или взаимодействуют иным образом), и эти фундаментальные аннигиляции также создают по два фотона каждый. Поскольку протон и антипротон состоят из многих кварков и антикварков (и при высоких энергиях из вакуума может появиться больше пар кварк-антикварк и также взаимодействовать), то в сумме из этих нескольких фотонов может быть получено гораздо больше, чем два фотона. основные события уничтожения. На самом деле, эти связанные состояния немного беспорядочны, так что лучше представить два сгустка кучки частиц, врезающихся друг в друга, и частицы могут взаимодействовать по-разному, выбрасывая кучу разных вещей: выбрасываемые кварки или глюоны и образующие струи, фотоны и другие типы частиц. Поскольку эти связанные состояния сложны, их конечные состояния также более сложны, и существует много возможностей того, что может быть получено в результате этих взаимодействий. Простая картина частицы + античастицы -> два фотона не полностью отражает физику протон-антипротонных столкновений.
Себастьян Ризе
Анна В