¿Existe alguna forma de aniquilar la materia sin utilizar antimateria? ¿Y viceversa? Quiero decir, por ejemplo, ¿es posible convertir totalmente la masa de un protón en "energía pura" sin utilizar un antiprotón?
Respuestas
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Fernando Briano
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3704
La definición de antipartícula depende de que tengan los números cuánticos opuestos a los de la partícula para que puedan aniquilarse, es decir, que la suma de los números cuánticos conservados sea cero. Por tanto, la respuesta de @mpv es adecuada.
La implicación de su pregunta es entonces: ¿es la conservación del número de bariones una ley estricta o una ley emergente que puede ser violada con una pequeña probabilidad?
Existen modelos en los que los protones pueden decaer con una vida útil muy larga, en función del modelo. para ejemplo , de un modelo
$$\mathrm p^+ \to \mathrm e^+ + π_0 \quad\text{and then}\quad π_0 → 2γ.$$
por lo que se obtendrían dos fotones y un electrón de esta desintegración.
Ahora a partir del gráfico de Feynman es evidente que es un quark el que desaparece . Sin embargo, la pregunta se refiere a la desaparición de un protón. Se puede ver en el diagrama leyendo de arriba a abajo, de derecha a izquierda que si se dispersa un $\mathrm e^-$ sobre un protón existe una probabilidad de que el protón desaparezca y una $\pi_0$ se manifestará y decaerá en dos fotones.( debería intervenir una tercera partícula para obtener un $\pi_0$ debido a la conservación del momento, de lo contrario se obtendrían dos chorros de quarks, tal vez un segundo $\pi_0$ )
Así que esto puede ser una aniquilación de un protón en fotones con la aparición de dos piones mínimo. Conserva carga ( o números cuánticos B-L).
Los límites de la desintegración de protones se amplían cada vez más con cada experimento y, por tanto, esta reacción inversa tendrá una probabilidad tan ínfima que no se podrá llevar a cabo en el laboratorio y esperar los resultados.
mpv
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2937
Supongo que por "energía" te refieres a fotones. Así que quieres transformar protones en fotones.
No es posible. Violaría varias leyes de conservación - principalmente la conservación de la carga (los protones están cargados positivamente), pero también la conservación del número de bariones.
La antipartícula es necesaria para anular estas cargas cuánticas y hacer posible la transición.
alfredocambera
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167
Acabo de empezar aquí, así que no tengo rep. para comentar y no tengo tiempo para una respuesta completa, pero la idea del agujero negro mencionada en los comentarios anteriores es una buena respuesta. Véase, por ejemplo, http://arxiv.org/abs/0908.1803v1 y ¿Cómo funcionaría una central eléctrica de agujeros negros?
Adam
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8165
Un protón tiene carga positiva, por lo que, según la conservación de la carga, no es posible reducir un protón a partículas de radiación sin carga, como los fotones (suponiendo que eso sea lo que quieres decir con "energía pura"). Debido a la invariancia gauge, es probable que la conservación de la carga se mantenga en toda la física futura, pero no podemos estar totalmente seguros de ello.
Es posible que se descubra alguna partícula cargada sin masa, pero parece poco probable. Si tal partícula existiera, un protón podría desintegrarse en ella y podría considerarse como "energía pura".
Si ignoramos el "ejemplo" de un protón y consideramos la pregunta original, la respuesta es que puede ser posible reducir un átomo a fotones, pero esto es muy difícil ya que viola la conservación del número de bariones. Esto nunca se ha observado pero hay teoría que nos dice que la no conservación del número de bariones es posible en el modelo estándar utilizando efectos no-perturbativos. También puede ser posible violar el número de bariones utilizando física más allá del modelo estándar o arrojando materia a un agujero negro y recuperando la radiación Hawking. No es posible violar la conservación de la carga de esta manera (de acuerdo con nuestras mejores teorías) pero debería ser posible violar la conservación del número de bariones (a menos que haya una razón oculta desconocida por la que no sea posible) Lo mismo se aplica al número de leptones para los electrones.
Así pues, según nuestro estado actual de conocimientos, reducir un átomo sin carga a fotones es probablemente posible en principio, pero no tenemos pruebas experimentales que apoyen esta afirmación y es poco probable que sea algo que podamos hacer nunca en la práctica debido al bajo índice de violaciones del número de bariones y leptones en todas las teorías conocidas.
Algunas teorías sobre el estado final del universo (como la cosmología conforme de Penrose) suponen que, en escalas de tiempo muy largas, toda la materia se reducirá a fotones de este modo y éstos perderán su energía a medida que el universo se expanda, de modo que sólo quede la energía oscura (equilibrada por una cantidad opuesta de energía gravitatoria negativa).
Guill
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832
La respuesta sencilla a la pregunta principal es, sí . Hay dos formas de aniquilar la materia sin utilizar antimateria. Una se llama fisión y la otra fusión. Aunque sólo algunos de la materia se convierte en energía en cualquiera de estos procesos, la eficiencia de la "aniquilación" no está en la cuestión principal. Si el 100% de la aniquilación es requerido, entonces sólo la antimateria lo hará.
