¿La antimateria tiene masa negativa?

Esta es una muy buena pregunta y la respuesta requiere una comprensión más profunda de qué es la antimateria y qué es la masa. Solo para agitar un poco las cosas, hay partículas como el neutrón o el mesón [math] K ^ 0 [/ math], o kaon, que no tienen carga pero tienen sus propias partículas. Luego está el fotón y el bosón Z, que son sus propias antipartículas. Sabemos que algo es una antipartícula porque, cuando se encuentra con su partícula, se aniquilan entre sí y se convierten en energía pura, es decir, fotones.

Es cierto que las antipartículas tienen las cargas opuestas a las partículas, pero hay más tipos de carga que solo la carga eléctrica.

Los físicos llaman “cargar” cualquier cantidad conservada discreta (también hay cantidades conservadas continuas como energía, momento y momento angular). Si comienza un experimento aislado con una carga eléctrica positiva neta, siempre terminará con la misma carga eléctrica positiva neta, sin importar lo que haga. Lo mismo es cierto con el color, la extrañeza, la belleza, el fondo, el topness y otras cargas exóticas. Por lo tanto, una antipartícula debe tener todas las cargas invertidas en comparación con la partícula. Solo entonces puede un estado inicial con una partícula y una antipartícula convertirse en un estado con energía pura y sin carga de ningún tipo.

Sin embargo, debe comprender que la física no nos dice cuál de los dos tipos de partículas que pueden aniquilarse entre sí debería llamarse partícula y cuál debería llamarse antipartícula. Hemos decidido llamar electrón, en lugar de positrón, una partícula; los quarks [matemática] u [/ matemática] y [matemática] d [/ matemática], en lugar de sus contrapartes, [matemática] \ bar {u} [/ matemática] y [matemática] \ bar {d} [/ matemática] partículas solo porque son más abundantes en nuestro universo. Con partículas que no ocurren naturalmente a nuestro alrededor, es una cuestión de convención. Con los bosones [math] W ^ + [/ math] y [math] W ^ – [/ math], ni siquiera nos molestamos en asignar la etiqueta anti. Simplemente decimos que son ani entre sí.

La pregunta de por qué un tipo de materia es más abundante que otra es una pregunta separada y muy interesante.

Ahora para la misa. Hay dos cosas llamadas “masa”. Uno describe cuánto acelera una partícula cuando la empujas. Se llama la masa inercial. El otro describe cómo interactúa la partícula con el campo gravitacional – masa gravitacional. La relatividad general de Einstein se basa en el supuesto de que estos dos son iguales. Entonces, si una antipartícula tuviera una masa inercial negativa, también tendría una masa gravitacional negativa.

La masa se puede convertir en energía: [matemáticas] E = mc ^ 2 [/ matemáticas]. Entonces, la masa no es una cantidad conservada, no es un cargo. Por lo tanto, una antipartícula no tiene que tener masa negativa para aniquilar una partícula. Las masas de ambas partículas pueden convertirse en la energía de fotones (sin masa) sin romper ninguna ley de la física.

El verdadero problema con la masa negativa es que hace que la energía cinética sea negativa: [matemáticas] E_k = \ frac {mv ^ 2} {2} [/ matemáticas]. Entonces, una partícula de masa negativa siempre podría disminuir su energía emitiendo un fotón y acelerando (en la dirección del fotón emitido, porque su impulso también es negativo). Tales partículas seguirían cayendo en estados de energía cada vez más bajos para siempre.

Curiosamente, se encontró un problema similar cuando se propuso un modelo relativista para fermiones: había estados de energía negativos que bajaban hasta el infinito negativo. Dirac propuso que todos esos estados de energía negativa estuvieran llenos del mar (invisible) de fermiones. Solo puede haber un fermión que ocupe un estado particular, por lo que funcionó. Dirac incluso predijo que se podría crear un agujero en este mar de fermiones de energía negativa que se comportaría como, adivina qué, una antipartícula. Y, de hecho, no mucho después se descubrieron los antielectrones (positrones). Como un agujero en el mar de Dirac, el positrón tendrá una masa positiva igual a la masa del electrón.

Desafortunadamente, el mismo truco no funcionaría con los bosones, porque se les permite aglomerarse en los estados. Entonces, un bosón de masa negativa siempre sería libre de caer en energía, sin importar cuántos bosones ya estén allí en el mismo estado. Y seguirían irradiando energía para siempre.

La conclusión es que no hay razón para que las antipartículas tengan masa negativa, y no encajarían en nuestra comprensión actual de la física de partículas. Pero todos se sentirían mucho mejor si pudiéramos establecer este hecho experimentalmente (tal vez incluso una oportunidad Nobel).

La antipartícula de cualquier partícula es exactamente la misma, excepto que tiene carga opuesta. Entonces el electrón, con carga -1, tiene una antipartícula, el positrón, con carga +1. Sin embargo, ambos tienen exactamente la misma masa. Esto es predicho por la teoría cuántica de campos y también ha sido probado experimentalmente.

Sin embargo, la pregunta de si la antimateria se comporta exactamente igual que la materia bajo la influencia de la gravedad sigue siendo una pregunta abierta. Experimentos como el ALFA Experimento intentan detectar tal comportamiento. Sin embargo, hasta ahora no han encontrado nada por el estilo. Esto concuerda con las predicciones teóricas y con nuestra intuición sobre la antimateria.

No existe tal cosa como “anti-masa”, pero en principio, la teoría de la relatividad general permite la masa negativa en algunas situaciones, siempre y cuando esté dispuesto a dejar de lado algunas suposiciones básicas. Nunca hemos observado masa negativa experimentalmente y se cree ampliamente, aunque no está probado, que la masa negativa es imposible.

Permítanme enfatizar nuevamente que incluso si existe una masa negativa, no tiene nada que ver con la antimateria; Como se explicó anteriormente, las antipartículas tienen exactamente la misma masa que sus partículas asociadas, y este es un hecho indiscutible.

Solo para agregar: no solo es carga sino también otros números cuánticos que son opuestos en el caso de antipartículas. Esto se refiere, por ejemplo, a números cuánticos como la paridad o la extrañeza. Uno de los problemas abiertos en la física de partículas es el nivel de perfección de la simetría entre la materia y la antimateria, expresada formalmente como la llamada invariancia CPT, para comprender el dominio observado de la materia en nuestro Universo. Hasta ahora, todos los experimentos sutiles que intentan encontrar cualquier pequeña desviación de esta simetría dan resultados negativos. También la producción abundante de antinúcleos ligeros en colisiones de iones pesados ​​permite probar, entre otros, la identidad de masas de núcleos y antinúcleos (experimento LHC Alice). Sin desviación de la simetría perfecta también en este caso. Lo que queda es la medición de la interacción gravitacional de las antipartículas, pero esto llegará pronto.

Si por “anti-masa” [NB: “anti-masa” estaba en la versión original del título de esta pregunta, pero desde entonces parece haberse convertido en el tema de una lucha de edición] quiere decir masa negativa, la respuesta es no; Hasta donde sabemos (tanto de la teoría como del experimento), la antimateria tiene una masa positiva. La “materia exótica” con masa negativa probablemente no puede existir; Tanto en la física clásica como en la física cuántica, su existencia equivaldría a una inestabilidad fundamental de nuestro universo. (En particular, el vacío ganaría energía al descomponerse en partículas de masa negativa. Un vacío inestable nunca es una buena noticia).

Supongo que por “anti masa” te refieres a masa negativa. Hasta donde sabemos, todas las partículas tienen masa positiva y, por lo tanto, son atraídas por la gravedad. De hecho, las antipartículas parecen ser idénticas a las partículas, excepto en carga eléctrica. Sé que afirman un antineutrino, pero no conozco ninguna evidencia de que sea diferente de un neutrino, que no sea la etiqueta que se le da en ciertas emisiones para retener alguna forma de conservación. Esa puede ser mi deficiencia. No puede tener “anti volumen”. Lo negativo de una longitud en una dimensión espacial es simplemente la misma longitud con la dirección opuesta, pero si la dirección no es relevante, como en el tamaño, eso no tiene sentido.

No hay tal cosa como anti-masa. Ninguna teoría sugiere que debamos buscarlo, porque no se ajusta a nuestra comprensión de la física de partículas.

Así que realmente no puedo decirte cómo son diferentes porque no tenemos una descripción teórica de las partículas “anti-masa”. Aparte de la presunción (del nombre que ofreció) de que tienen masa negativa.

La antimateria es diferente de la materia (en el sentido más básico) en que tiene una carga eléctrica negativa. Eso es. No es opuesto en todas las formas posibles, solo carga eléctrica.

Esencialmente no. Recordemos la ecuación de Einstein para la relación entre materia y energía:

E = mc ^ 2

La materia es algo así como la energía estabilizada (esto es una gran simplificación, por supuesto, pero solo por razones de pensamiento, vamos a dejar que ruede por ahora). La antimateria es lo mismo que la materia normal (reacciona electromagnéticamente y sigue las mismas reglas de gravedad y momento), pero tiene las cargas opuestas en sus partículas. La antimateria y la materia, cuando se encuentran, sufren una reacción violenta llamada aniquilación. Si lee un poco sobre las reacciones de fusión, puede saber que en una reacción de fusión, una cantidad muy pequeña de la masa actual desaparece” (es decir, el hidrógeno se fusiona con hidrógeno para formar helio, pero el átomo de helio resultante tiene una masa menor que la suma de las masas de los dos átomos de hidrógeno que lo hicieron). La masa faltante en realidad no desaparece, se convierte en energía. En la aniquilación, toda la masa (los científicos e ingenieros se sienten libres de intervenir y corregirme si estoy fuera) se convierte en energía.

Con todo eso en mente, recuerde que la antimateria mientras está cargada de manera opuesta todavía obedece las leyes de unión y gravedad. Masa es una palabra difícil de definir para mí en términos más simples, pero esencialmente si reacciona gravitacionalmente y puede llevar impulso, tiene masa (los fotones son una excepción, no tienen masa intrínseca aunque responden a la gravedad y pueden llevar impulso). Por lo tanto, la antimateria no es anti-masa.

Sin embargo, a partir de esta publicación hay un tipo de material no observado pero teorizado que puede existir llamado materia exótica. Yo, debido al alcance de la pregunta y la falta de comprensión, no voy a llegar demasiado lejos en esto, pero se supone que esto reacciona en reversa a la gravedad (repeler en lugar de atraer).

Cosas trippy. Quisiera señalar que, según tengo entendido, esto todavía no es algún tipo de anti masa. No hay modelos para este material que conozco que dicten que no llevaría impulso y que todavía reacciona gravitacionalmente, solo en la forma opuesta a la materia ordinaria.

Estoy de acuerdo con todos los presentes en que la antimateria no puede tener anti-masa y anti-volumen. La antimateria está compuesta de antipartículas; que tiene la misma masa y volumen justo opuestos en carga, giro, etc. Cuando la antimateria y la materia se aniquilan, sus masas se convierten en energía. Por ejemplo: la colisión de positrones (anti-electrones) y electrones de 0.51 MeV crea dos fotones cada uno con 0.51 Energía MeV; disparando en dirección opuesta. E = mc2, la energía, la carga y el momento permanecen conservados. Si la antimasa hubiera chocado con la energía de masa, no se habría podido conservar.

No.
La antimateria no tiene anti-masa. Tiene masa.

Un kg de H y un kg de anti-H tendrían una masa total de 2 kg, no 0 kg.
Si esto último fuera cierto, no habría energía resultante de su aniquilación (La ‘m’ en E = mc ^ 2 sería 0), pero este no es el caso.

En términos de “anti-masa”, se piensa que la energía oscura es algo así como una energía “negativa”, por así decirlo. Entonces, además de la respuesta de Andrew Weimholt, puede tener una masa negativa al introducir la energía oscura, que se teoriza como una presión externa del espacio-tiempo mismo. Expande el universo.

Una partícula con anti-masa exhibiría anti-gravedad. Actualmente no sabemos de nada que exhiba antigravedad. Anti-volumen no tiene ningún significado en nuestra dimensión. Una partícula con antivolumen tendría más volumen interior que exterior, una imposibilidad matemática en nuestro universo conocido.

La respuesta corta es no: la antimateria tiene conjugación / inversión C (carga). La antigravedad requeriría una partícula para invertir la distorsión del espacio-tiempo. No se ha encontrado ninguna partícula que haga eso.

No, tiene quiralidad opuesta.
Partículas subatómicas de David Wrixon EurIng sobre la gravedad cuántica explicada