Cuando un protón se encuentra con su antipartícula (y más generalmente, si alguna especie de barión se encuentra con el antiarion correspondiente), la reacción no es tan simple como la aniquilación de electrones-positrones. A diferencia de un electrón, un protón es una partícula compuesta que consta de tres “quarks de valencia” y un número indeterminado de “quarks de mar” unidos por gluones. Por lo tanto, cuando un protón se encuentra con un antiprotón, uno de sus quarks, generalmente un quark de valencia constituyente, puede aniquilarse con un antiquark (que rara vez podría ser un quark sea) para producir un gluón, después de lo cual el gluón junto con los quarks restantes, los antiquarks y los gluones se someterán a un complejo proceso de reordenamiento (llamado hadronización o fragmentación) en varios mesones (en su mayoría piones y kaones), que compartirán la energía y el impulso totales. Los mesones recién creados son inestables y, a menos que se encuentren e interactúen con algún otro material, se descompondrán en una serie de reacciones que finalmente producirán solo rayos gamma, electrones, positrones y neutrinos. Este tipo de reacción ocurrirá entre cualquier barión (partícula que consta de tres quarks) y cualquier antibaryon que consta de tres antiquarks, uno de los cuales corresponde a un quark en el barión. (Esta reacción es poco probable si al menos uno entre el barión y el anti-barión es lo suficientemente exótico como para que no compartan los sabores quark constituyentes).
Se han observado reacciones en las que la aniquilación protón-antiprotón produce hasta nueve mesones, mientras que la producción de trece mesones es teóricamente posible. Los mesones generados abandonan el sitio de la aniquilación a fracciones moderadas de la velocidad de la luz, y se descomponen con el tiempo de vida apropiado para su tipo de mesón.
Se producirán reacciones similares cuando un antinucleón se aniquila dentro de un núcleo atómico más complejo, salvo que los mesones resultantes, al interactuar fuertemente, tienen una probabilidad significativa de ser absorbidos por uno de los nucleones “espectadores” restantes en lugar de escapar. Dado que la energía absorbida puede ser de hasta ~ 2 GeV, en principio puede exceder la energía de unión de incluso los núcleos más pesados. Por lo tanto, cuando un antiprotón se aniquila dentro de un núcleo pesado como el uranio o el plutonio, puede ocurrir una interrupción parcial o completa del núcleo, liberando grandes cantidades de neutrones rápidos.
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Dichas reacciones abren la posibilidad de desencadenar un número significativo de reacciones de fisión secundaria en una masa subcrítica, y pueden ser potencialmente útiles para la propulsión de naves espaciales.
