¡El sentido común no te llevará muy lejos con las partículas fundamentales! Puede ser útil tener la siguiente imagen mental: en cada punto del espacio y el tiempo siempre hay un conjunto de “campos” fundamentales, y lo que llamamos “partículas” son solo excitaciones energéticas de esos campos. Entonces no hay creación o destrucción de cosas fundamentales, solo intercambios de energía entre “contenedores”.
Ahora, no puedes hacer eso de todas formas, como tomar una excitación de energía de un campo de electrones y asignarla a un campo de fotones o quark. Creemos que, a partir de una combinación de observaciones y el marco teórico que hemos construido durante un par de cientos de años, hay ciertas cantidades que deben permanecer invariantes en las interacciones de campo: simetrías espacio-temporales como la conservación de la energía-momento (en general forma de simetría de Lorentz / Poincaré), simetrías internas como cargas electromagnéticas, electrodébil y fuertes, y algunas simetrías “accidentales” como la conservación del número de bariones y leptones.
Por lo tanto, no puede convertir un electrón en un fotón porque eso violaría la conservación de la carga, la conservación del número de leptones y la simetría de Lorentz (esto último debido al cambio en la masa). Pero, si jugamos algunos trucos con la configuración para permitir la conservación del momento, podemos convertir un fotón en un par electrón-positrón o un par quark-antiquark, porque las cargas totales en el lado derecho son cero debido a que las antipartículas tienen cargos opuestos a sus socios. Y debido a que no existe una “conservación del número de bosones”, un electrón puede emitir tantos fotones o bosones Z como sean consistentes con la conservación del momento, y un quark o gluón puede emitir tantos gluones como desee. Puede sonar un poco caótico, pero las reglas son bastante simples.
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Por razones bastante interesantes, esta imagen tiene sentido para objetos de escala cuántica de una manera que no tendría sentido, por ejemplo, jarrones Ming o relojes de bolsillo: podría definir un campo para esas cosas, pero es un sistema demasiado complejo para comportarse El simple intercambio de energía.
¿A dónde va todo esto? Bueno, una colisión electrón-positrón (que supongo que en realidad es lo que quiere decir con “electrones aplastados”) tiene un número de leptones cero y carga cero en el estado inicial, por lo que lo mismo debe ser cierto en el lado derecho. Hay muchas imágenes que podría dibujar (en palabras: soy vago …), pero una implicaría que el electrón y el positrón se aniquilaran en un fotón o bosón Z, y que luego se descomponga en un par quark-antiquark: esto se llama Drell -Yan proceso y es un ejemplo fundamental de convertir un tipo de materia en un tipo diferente. Es posible porque la cantidad neta de cada tipo de materia es cero, nuevamente gracias a las antipartículas.
Ahora digamos que el proceso de Drell-Yan hizo un par de quarks up y anti-up. Ahora dejemos que se emitan un par de gluones o fotones desde alguna parte de este sistema, y cada uno de ellos se divide en un par de antidown. Ahora tenemos la siguiente lista de partículas en estado final: [math] udd \ bar {d} \ bar {d} \ bar {u} [/ math]. Es un tramo de la imaginación, ignora algunos detalles de QCD, y en la práctica sería muy raro, pero en principio la fuerza fuerte podría elegir agrupar estas cosas de la siguiente manera: ([math] udd) (\ bar {d} \ bar {d} \ bar {u}) [/ math], o un par neutrón-antineutrón. Ahí tienes: electrones a neutrones … con una advertencia de “recuerda las antipartículas”.
Un comentario final: ni siquiera necesita que el estado inicial sea uno antipartícula de partículas para hacer neutrones, protones, piones o cualquier otra materia no electrónica a partir de un estado inicial de electrones. Tenga en cuenta que 4 de los 6 quarks en el estado final anterior provienen de la “división” de fotones y gluones emitidos, un proceso no restringido por las leyes de conservación de carga (pero aún sujeto a la conservación del momento de energía), por lo que podríamos tomar dos electrones sistema, alimente parte de la energía “sobrante” de la cinemática de colisión en emisiones de fotones que se dividen en quarks, y deje que se produzca una cascada de partículas de fuerza fuerte. Finalmente, esto se resolverá en los leptones originales, con momentos cambiados y una cascada de “hadrones de color neutro”. Algo de la nada, al parecer, pero si suma todo, encontrará que cada quark en el estado final tiene un antiquark correspondiente y el contenido neto de partículas sigue siendo dos electrones. Solo “algo de la nada” si no cuenta la energía cinética como “algo”.
