Language
Country/Area
No result found
Misteriosa colisión de partículas y antipartículas: ¿Por qué desaparecen pero crean nuevas partículas?
En la física de partículas, el proceso de desaparición y creación revela las extrañas propiedades del universo. Este fenómeno se denomina más a menudo "aniquilación" y ocurre cuando un par de partículas subatómicas chocan con sus antipartículas correspondientes, creando otras partículas. Por ejemplo, cuando un electrón choca con un positrón, se pueden generar dos fotones. En este proceso, la energía total y el momento del par de partículas inicial se conservan y se distribuyen entre las partículas en el estado final. La aniquilación de partículas y antipartículas no sólo es un principio fundamental de la física, sino también una clave importante para comprender la estructura básica del universo.
En el proceso de aniquilación de baja energía, la generación de fotones es el evento más probable.
La aniquilación de partículas y antipartículas sigue varias leyes básicas de conservación en física, incluida la conservación de la energía, el momento y el espín. Esto significa que incluso en el caso de interacciones de partículas pequeñas, la cantidad total debe ser constante. Al mismo tiempo, la existencia de antipartículas permite observar muchos fenómenos, siendo los más interesantes los eventos de aniquilación que provocan en los colisionadores de partículas de alta energía, que producen una variedad de partículas pesadas.
La relación entre la aniquilación y la creación
La palabra "aniquilación" se utiliza a menudo de manera informal en el ámbito académico para describir la interacción entre dos partículas que no son simétricas entre sí. En este caso, incluso si algunos números cuánticos no suman cero en el estado inicial, la suma en el estado final permanecerá constante. Por ejemplo, la "aniquilación" de antineutrinos electrónicos de alta energía con electrones puede producir W-fermiones, lo que muestra la diversidad y complejidad del proceso de aniquilación.
En entornos de alta energía, los procesos de aniquilación pueden producir partículas más pesadas, lo que hace que los colisionadores de partículas de alta energía sean una herramienta de investigación importante.
Cuando las partículas iniciales son elementales, pueden combinarse para producir un solo bosón elemental, como un fotón, un gluón o un bosón de Higgs. Durante este proceso, si la energía total en el marco del momento central es igual a la masa en reposo de un bosón real, la partícula permanecerá en existencia hasta que se desintegra de acuerdo con su vida útil. De lo contrario, el proceso puede verse como la generación de bosones virtuales, que luego se transforman en pares de partículas y antipartículas reales, lo que constituye el llamado proceso de canal s. Por ejemplo, la aniquilación de un electrón y un positrón produce un fotón virtual, que a su vez se transforma en un neutrino y un antineutrino.
Un ejemplo real de aniquilación
Aniquilación electrón-positrón
En condiciones de baja energía, la aniquilación de un electrón y un positrón a menudo genera dos fotones. Considerando que los electrones y positrones tienen una energía en reposo de aproximadamente 0,511 millones de electronvoltios (MeV), esta energía se convierte en energía de fotones cuando se aniquilan. En este caso, lo que está debajo es la conservación del momento y la energía, lo que resulta en un movimiento opuesto correspondiente.
Si alguna de las partículas cargadas lleva una gran cantidad de energía cinética, se pueden producir otras partículas, lo que demuestra la flexibilidad del proceso de aniquilación.
Aniquilación protón-antiprotón
La reacción entre un protón y su antipartícula cuando entran en contacto no es tan simple como la aniquilación electrón-positrón. El protón es una partícula compuesta formada por tres quarks de valencia y muchos quarks mar. Durante este proceso, un quark del protón puede aniquilarse con un antiquark para formar un gluón, después de lo cual el gluón y los quarks y antiquarks restantes experimentan una recombinación compleja para producir una serie de mesones (principalmente piones y kaones). Estos muones recién creados, aunque inestables, son de gran interés para el público en acción en física de partículas.
Generación del bosón de Higgs
En entornos de alta energía, como una colisión entre dos nucleones, los quarks marinos y los gluones dominan la tasa de interacción, lo que hace posible que los pares de quarks se aniquilen o que dos gluones se "fusionen" incluso en ausencia de antipartículas. Estos procesos ayudan a generar el tan esperado bosón de Higgs. En 2012, el laboratorio CERN en Ginebra, Suiza, anunció el descubrimiento del bosón de Higgs, marcando un gran avance en la física de partículas.
El proceso de aniquilación no sólo juega un papel clave en la investigación científica básica, sino que también ayuda a los científicos a comprender el origen y el desarrollo del universo, aunque también plantea innumerables preguntas: ¿Cuánto hay de misterioso y elusivo en nuestro universo? ¿Existen partículas e interacciones?
