Cuando un electrón colisiona con un positrón, ¿pueden aniquilarse entre sí o siempre hay un resultado en forma de un fotón o un bosón Z, etc.?

No se genera un fotón. Esto violaría la conservación del impulso. Se genera más de un fotón.

Un electrón y un positrón que se mueven lentamente uno con respecto al otro generalmente emiten dos fotones que se mueven en direcciones opuestas y energías cinéticas iguales. La conservación de la energía y la conservación del impulso se conserva en este proceso.

Esta es la base de las exploraciones por tomografía por emisión de positrones (PET). Las tomografías PET son una técnica de imagen importante a menudo utilizada para diagnosticar el cáncer. Se basa en la aniquilación de un electrón y un positrón que forma dos fotones de rayos gamma. Cada fotón en este caso tiene 511 keV de energía.

No hay suficiente energía en las masas en reposo del electrón y el positrón para formar algo más que fotones de rayos gamma a 511 keV.

Si el electrón y el fotón se juntan a una velocidad extremadamente alta, entonces se pueden formar partículas diferentes a los fotones. Sin embargo, las energías cinéticas totales tendrían que ser mucho más de 511 keV para producir cualquier partícula que no sea un fotón.

Un protón tiene una masa de 1811 veces la masa de un electrón. Así que me imagino que uno tiene que comenzar con una energía de más de 2 ● 1811 ● 511 keV para formar un par protón-antiprotón.

Lo que los demás no pudieron transmitirte es que la energía no es una sustancia separada de la materia. Cuando las cosas se aniquilan, forman fotones en su mayor parte, sin importar qué antipartículas se usen en el proceso. Las partículas más masivas que el par electrón-positrón producirán otras partículas también si queda suficiente. Lo importante aquí es que la energía no existe por sí sola.

La energía y el momento deben conservarse en todas las interacciones, así como en otros números cuánticos conservados. La masa en reposo del electrón / positrón es 0.511MeV. Escriba todas las ecuaciones para el impulso y la energía antes y después de la interacción y encontrará lo que puede suceder.

Los electrones y los positrones tienen masa, y la masa es un tipo de energía (es posible que haya oído hablar de la energía en reposo, esta es la energía contenida en forma de masa). La energía no se puede crear ni destruir, por lo tanto, la masa del electrón y el positrón no se pueden aniquilar sin la producción de un fotón u otra forma de energía.