¿Por qué ocurre la aniquilación de pares con partículas y solo sus antimateriales coincidentes? Por ejemplo, electrones y positrones, pero no protones y positrones? ¿Cuál es la diferencia?
Respuesta
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Nosotros (los físicos) creemos que la razón es la siguiente: simetrías y leyes de conservación conocidas. Por ejemplo, la aniquilación mutua de un protón y un positrón eliminaría $2\,e$ unidades de carga del Universo. Esto viola el principio de conservación de la carga, que se puede ver que surge de la aplicación del teorema de Noether a la simetría de calibre global del Lagrangiano electrodinámico clásico, como se discute en la respuesta de QMechanic a la pregunta "Teorema de Noether y demostración clásica de la conservación de la carga eléctrica". Otras leyes de conservación similares son la conservación de las cargas de color en la QCD, la conservación del número leptónico, el número de bariones (número de quarks) y así sucesivamente. Tu reacción propuesta también violaría la conservación del número leptónico.
Pero en última instancia, la respuesta es simplemente evidencia experimental, es decir, la aniquilación mutua simplemente no ocurre experimentalmente a menos que sea entre antipartículas. La falta de observación de ciertas reacciones es lo que llevó a los físicos teóricos a definir Lagrangianos con varias simetrías continuas (y así, a través del teorema de Noether, conservaciones de cargas de Noether (es decir, números cuánticos)) así como la noción de antipartícula en sí misma en primer lugar como una forma de organizar nuestro conocimiento de las observaciones experimentales de interacción de partículas. Las razones teóricas anteriores son simplemente condiciones suficientes que explicarían nuestras observaciones, pero no son condiciones necesarias. Simplemente, hasta ahora, nuestras teorías concuerdan con el experimento y por lo tanto no tenemos motivo para creer que estén equivocadas.
