¿Hay algún caso en que una partícula parezca descomponerse en copias de sí misma?

Question

¿Se ha descrito algún caso que se parezca a lo siguiente: existe una partícula y, en algún momento, la partícula parece descomponerse en dos o más partículas que son todas idénticas a la partícula original?

• información adicional: No estoy hablando de cuestiones de antimateria/materia.

Answer 1

En casos "normales", no, esto no es posible. Se puede entender fácilmente por qué considerando este proceso en el marco del centro de masa (que es el marco de reposo de la partícula original). En este marco, empezaríamos con una sola partícula $X$ en reposo, que tiene energía $m_Xc^2$ y terminar con 2 o más $X$ que necesariamente tendrá una energía de al menos $2m_Xc^2$ . Así que la conservación de la energía tiene que ser violada por este tipo de reacciones.

Pero hay que tener en cuenta una advertencia: ¿qué quiero decir con "normal"? Bueno, lo que consideramos materia normal está formado por partículas masivas. En cambio, si se trata de partículas sin masa, el argumento anterior no es aplicable, porque una partícula sin masa no tiene un marco de reposo. Así que tienes que examinarla desde un marco de laboratorio (es decir, cualquier marco inercial). Debería ser fácil convencerse de que una partícula sin masa de energía $E$ puede desintegrarse en múltiples instancias del mismo tipo de partícula con energías $\{E_1,\ldots,E_N\}$ tal que $\sum_i E_i = E$ siempre que todos los productos tengan momento paralelo al de la partícula original.

Este tipo de proceso se denomina ramificación colineal y, de hecho, debe tenerse en cuenta al realizar cálculos en la teoría cuántica de campos con fotones y gluones, las dos partículas sin masa conocidas. Pero "tener en cuenta" no es lo mismo que "producirse". El efecto de esto no es decir que los fotones y los gluones realmente se dividen en múltiplos, sino que las únicas cosas significativas que podemos calcular son cantidades que no dependen de si los bosones se están dividiendo o no. Así que la cuestión de si esta desintegración en copias ocurre realmente o no no puede decidirse experimentalmente, según la QFT.