Что за вещество представляет собой позитроний?

Вы должны рассматривать позитроний как свидетельство того, что ваше разделение Вселенной на материю и антиматерию слишком упрощенно.

Вы пишете, что

Материя состоит из электрона, протона и нейтрона.

Но это описывает только стабильную материю и только стабильную материю, которая взаимодействует с электромагнетизмом. Перепись стабильной материи должна также включать нейтрино; мы исключаем его из уроков химии, потому что он не образует молекул. (Однако возможно , что нейтрино косвенно влияют на стабильность молекул .) Список «электромагнитной материи» должен также включать мю- и тау-лептоны, а также барионы, такие как лямбда и сигма, которые содержат тяжелые кварки. Если вы жалуетесь, что частицы второго и третьего поколенийэкзотичны, потому что они нестабильны… ну, нейтрон нестабилен. Должен ли ваш список «материи» включать «электроны, протоны и ядра»? Считаются ли нестабильные ядра, такие как тритий и углерод-14, «нормальной» материей, или они являются «экзотическими», пока не распадутся на гелий-3 или азот-14? (И, конечно же, эти распады испускают в процессе антинейтрино, чтобы стать чьей-то еще проблемой классификации. )

Чтобы вычислить собственные энергетические состояния позитрония и их свойства, такие как спин, четность и время жизни, мы используем те же инструменты, которые студенты, изучающие квантовую физику, используют для описания атома водорода. Так что в смысле «крякает как утка» имеет смысл называть позитроний «атомом». Поскольку позитроний не вписывается в периодическую таблицу Менделеева и не вносит большого вклада в химию, его можно назвать «экзотическим» атомом.

Но «экзотика» может создать у вас ошибочное впечатление, что позитроний встречается редко или его трудно найти, точно так же, как я, вероятно, никогда не встречу носорога или алого ару, если не приму какие-то особые меры. Это не совсем так. Образование позитрония является нормальным этапом аннигиляции быстрых позитронов в веществе и поэтому не менее распространено, чем позитроны. Если вы человек, который частично состоит из калия с Земли, вы содержите позитроний много раз в час.

В квантовой электродинамике мы узнаем, что электрон и позитрон на самом деле являются возбуждениями одного и того же поля: четырехкомпонентного спинора с двумя состояниями заряда и двумя состояниями спина. В самом прямом смысле позитроний — это простейшее «материйное» состояние электромагнетизма, и математически оно проще, чем более привычное состояние, в котором много электронов и не очень много позитронов. Эта перспектива имеет важные физические следствия. Можно сказать, что переносящий силу фотон «проводит часть своего времени» как виртуальная электрон-позитронная «петля». Петлевые поправки к электромагнетизму связаны с наблюдаемыми, такими как изменение эффективного заряда электрона на коротких расстояниях (чаще называемое «бегом постоянной тонкой структуры» из-за «поляризации вакуума»), а также с поправками к магнитному моменту покоящегося электрона.

Я не согласен с вашим другим ответом и вашими комментариями о том, что классификация - это «дурацкое дело» или что ваш вопрос глуп. Это касается вопроса. Ближе к середине своей превосходной «Истории предков» Докинз пишет о «тирании прерывистого разума». Он говорит, что классификации чрезвычайно полезны; но иногда категоризация невозможна или категории, полезные в одном контексте, бесполезны в другом. Признание того, когда это произошло, — это возможность узнать интересные вещи.

Википедия классифицирует позитроний как экзотический атом . Однако, поскольку его время жизни составляет (в лучшем случае) около 100 наносекунд, метка, которую мы ему прикрепляем, вряд ли имеет значение.

Все наши эксперименты и наблюдения с элементарными частицами идеально согласуются с моделью Лоренца, где каждая элементарная частица или совокупность элементарных частиц точно описывается четырьмя векторами. $(E,p_x,p_y,p_z)$. Длина этого четырех вектора является инвариантной массой,$m_0$. Все наши экспериментальные данные и наблюдения показывают, что$m_0$больше или равно нулю для всех известных частиц и их соединений.

Мой простой ответ будет заключаться в том, что в наших экспериментах и ​​наблюдениях антивещества не существует . Существуют античастицы частиц, которые имеют зеркальные квантовые числа, но материя, которая в просторечии определяет массу классической механики, всегда одна и та же на уровне частиц.

Это путаница, путаница античастиц с антивеществом. Позитроний состоит из частицы и античастицы . Есть эксперименты и с антиводородом , выполняется преобразование Лоренца, и инвариантная масса не отличается от инвариантной массы Водорода, хотя эксперименты пытаются найти отличия от физики за пределами стандартная модель..

Есть хорошие ответы @annav и @rob, я хотел бы добавить, что и электроны, и позитроны являются возбуждениями одного и того же поля, которое пронизывает все пространство, просто проявлением одной и той же (нормальной) энергии. Мой любимый пример этого — создание пар, где энергичные фотоны превращаются (точно так же, как в вашем примере) в электрон и позитрон, оба созданы из одной и той же основной энергии этой квантово-механической вселенной.

https://en.wikipedia.org/wiki/Pair_production

Точно так же, как когда вы дергаете струну (вы возбуждаете поле), вы можете дергать ее разными способами, делаете это одним способом, вы получаете электрон, дергаете (возбуждаете поле) другим способом, вы получаете позитрон, но вы просто играете. с тем же старым полем, на той же старой гитаре (вселенной).

Нам довелось жить во Вселенной, где преобладает темная энергия, просто в нашем ближайшем окружении все состоит из нормальной энергии (материи), в том числе и электронов, и позитронов, и только по этой причине условно мы называем это нормальной энергией (материей), а другую, преобладающую в целом, мы называем темной энергией. Как и в этом соглашении, нам довелось жить во Вселенной, где электроны в нашем окружении доминируют над позитронами, и только по этой причине мы называем электроны материей, а позитроны антиматерией.

Да, эти 4,6% включают в себя все, о чем мы знаем, кроме темной материи и темной энергии. Таким образом, он включает в себя атомы, барионы, лептоны, нейтрино, антивещество, космические лучи, а также массу-энергию виртуальных частиц (большая часть массы протона и атомов исходит из этого). В зависимости от вашего определения «экзотической материи», это либо гипотетическое и поэтому все догадываются, либо такие вещи, как позитроний, который не стабилен, но может быть частью этих 4,6%

Включает ли нормальная материя также антиматерию и энергию?

Но окончательный ответ на ваш вопрос заключается в том, что позитроний (точно так же, как кварконий) — это просто проявление того же основного явления, которое мы называем (нормальной) энергией, и электроны, и позитроны являются (немного разными) возбуждениями одного и того же основного квантового поля.