¿Por qué los electrones y los protones no se aniquilan entre sí con una energía tremenda al contacto como lo hacen la materia y la antimateria?

Los protones y los electrones no se aniquilan entre sí porque no son partículas opuestas. Son completamente diferentes entre sí, y simplemente tienen cargas eléctricas opuestas. Un electrón es una partícula única que lleva una carga eléctrica de -1, mientras que un protón es un paquete de tres quarks, dos de los cuales tienen una carga de +2/3 y uno de los cuales tiene una carga de -1/3. Cuando un electrón y un protón se encuentran, no pasa mucho. Dentro de un átomo, los electrones internos pasan parte de su tiempo dentro del núcleo, por lo que se cruzan con protones todo el tiempo sin ninguna consecuencia.

Los protones y los electrones tienen antipartículas, llamados antiprotones y positrones, respectivamente.

Un positrón, por ejemplo, es esencialmente lo que obtienes cuando comienzas con un espacio vacío y restas la función de onda que correspondería a un electrón. Cuando un electrón y un positrón se cruzan, literalmente se cancelan entre sí y no dejan nada atrás; pero la repentina desaparición de las dos cargas envía una poderosa onda electromagnética a través del espacio, que transporta tanta energía como las dos partículas. Llamamos a esta onda un fotón de rayos gamma .

Un antiprotón es más complicado, ya que está compuesto por tres antiquarks, dos de los cuales tienen una carga de -2/3 y uno de los cuales tiene una carga de +1/3. Al igual que con el positrón, cada antiquark es básicamente lo que obtienes cuando comienzas con un espacio vacío y restas la función de onda que correspondería a un quark. Cuando un antiprotón y un protón se cruzan, los antiquarks cancelan los quarks y no dejan nada atrás, al igual que con el electrón y el positrón. Y nuevamente, la desaparición de las cargas eléctricas envía una onda electromagnética de alta energía a través del espacio.

Porque para aniquilar, una partícula debe interactuar con su propia antipartícula. El protón no es la antipartícula del electrón, por lo que no se aniquilan.
Un electrón podría ser aniquilado si interactúa con un positrón, que es su antipartícula, mientras que un protón sería aniquilado en una interacción con un antiprotón.

La pregunta más interesante podría ser por qué los quarks que forman un protón no se aniquilan entre sí, ya que tienen cargas positivas y negativas.

Pero entonces la física tiene muchos problemas para responder preguntas de “por qué”. Las herramientas de la ciencia realmente no revelan los propósitos detrás de las leyes que observamos, razones por las cuales el estado de la naturaleza es tal como es. Observa cómo son las cosas y forma descripciones de los procesos para que podamos hacer predicciones sobre el comportamiento futuro. Nada de eso realmente se ajusta a las preguntas de “por qué”.

Pero podemos ofrecer una idea de cómo interactúan los electrones y los protones que demuestran que esto simplemente no puede suceder. ¿Por qué los electrones no chocan contra el núcleo? Es el primer paso. Si el electrón no puede alcanzar el protón, no puede ocurrir la aniquilación.

Solo hemos observado una partícula que reacciona con su antipartícula (por ejemplo, electrón y positrón), los cuales tienen masa, espín, etc. idénticos, pero carga opuesta. Solo ese conjunto de interacciones hace que los dos se combinen y formen fotones de alta energía. No hay un “por qué”, simplemente es la forma en que son las reglas del universo.