¿Qué pasaría si los fotones tuvieran partículas antifotón?

De hecho, se considera que un fotón es su propia antipartícula. A ver por qué.

Cuando una partícula (digamos un electrón) se encuentra con su antipartícula (digamos un positrón) dos pueden ‘aniquilarse’ para crear dos fotones. Esto es bastante simple de hacer que suceda con electrones y positrones, en realidad, y es la base de tecnologías como los escáneres PET.

Ahora considere un fotón que cumple con su antipartícula. Deberían aniquilar y producir … bueno, dos fotones. Entonces, básicamente, es un poco anticlimático, pero al menos puedes ver cómo otro fotón hace lo que un antifotón debería hacer.

Dado lo mundana que parece esa interacción, puedo entender por qué algunas personas quieren decir que no hay antipartícula. Pero la dispersión fotón-fotón es algo muy real (incluso hay un subconjunto especial de QED sobre solo la física de dos fotones). También podemos entender muchas cosas en términos de pares de fotones virtuales que se pueden crear y actuar de la misma manera que cualquier otro par virtual de partículas-antipartículas, y donde cada fotón en el par tiene espín opuesto, etc., como una partícula y antipartícula debería.

Dos apartados rápidos:

1) mucha gente cree erróneamente que solo las partículas cargadas tienen antipartículas. Si bien es cierto que cuando una partícula está cargada, su antipartícula tiene la carga opuesta, no es cierto que tener cargas opuestas sea parte de ser una antipartícula. Podemos ver muchos ejemplos de esto con partículas compuestas, por supuesto (por ejemplo, un kaon neutro (d \ bar {s}) y un antikaon neutro (\ bar {d} s). Si las partículas fundamentales pueden ser así … bueno …

2) Las partículas que son su propia antipartícula se llaman partículas de Majorana, y es una pregunta abierta si los neutrinos son partículas de Majorana o no (aunque creo que la mayoría de las personas no apuestan, o al menos suponiendo que por ahora). Sin embargo, los fotones definitivamente lo son.

‘Anti partículas’ es un nombre un tanto engañoso.

Si una partícula normal se llama [math] q [/ math], y la antipartícula de eso se llama [math] \ bar {q} [/ math], estas partículas pueden hacer la siguiente interacción:

[matemáticas] q + \ bar {q} = \ gamma [/ matemáticas]

Donde [math] \ gamma [/ math] se entiende como radiación gamma, también conocida como radiación electromagnética, o simplemente luz. Tenga en cuenta que debido a las leyes de conservación obtendrá al menos dos fotones, no es un solo haz de luz.

Sin embargo, un poco más de estudio sobre cuándo algo es una antipartícula muestra que la partícula [matemática] q [/ matemática] y la antipartícula [matemática] \ bar {q} [/ matemática] siempre tienen carga opuesta. Entonces, la ecuación anterior, escrita en términos de carga, solo dice:

[matemáticas] (+ 1) + (-1) = 0 [/ matemáticas]

Que sabemos que es conservación de carga!

La pregunta es, entonces, ¿pueden las partículas que no tienen carga, como el fotón, tener antipartículas? Si tomo dos fotones, entonces uno tiene carga 0, y el otro tiene carga -0 = 0. Entonces, ¿decimos que los fotones no tienen partículas anti? ¿O decimos que los fotones son sus propias antipartículas?

Bueno, para los fotones realmente no importa, pero para las partículas compuestas sí. Considere hidrógeno simple, 1 protón y 1 electrón, carga total 0. El antihidrógeno también tendría 0 cargas, pero estaría compuesto de 1 antiprotón y 1 positrón. En este caso, el Anti hidrógeno sería diferente (y se comportaría de manera diferente), del hidrógeno normal.

Entonces, probablemente sea más útil decir que el fotón es su propia antipartícula, en lugar de no tener ninguno. Sigue siendo un bicho raro, pero eso no es tan extraño cuando lo piensas. ¿Recuerdas esa ecuación en la parte superior, acerca de cómo una partícula y una antipartícula deberían aniquilarse y crear luz? Bueno, en el caso de los fotones, esto se reduce a dos fotones que se convierten en … Dos fotones. En otras palabras, tiene sentido llamar a los fotones sus propias antipartículas, pero esto es un poco semántico y un poco trivial.

Para que tenga una antipartícula, tendría algo “anti”. En el caso del electrón, el antipartícula (positrón) tiene la misma masa en reposo pero diferente carga. El fotón no tiene ninguna masa en reposo y no tiene carga.

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