La aniquilación de partículas con sus antipartículas no es instantánea. De hecho, ningún proceso ocurre “instantáneamente” en física. Creo que algunas personas tienen la impresión de que algunos procesos son instantáneos, por ejemplo, la excitación de un electrón por un fotón, porque los electrones no pueden existir “entre” los orbitales. Sin embargo, esto refleja un malentendido de la mecánica cuántica. La transición lleva una cantidad de tiempo distinta de cero (*). De hecho, a medida que el electrón interactúa con el fotón, su función de onda cambia continuamente desde el orbital inicial hasta el orbital final. Durante la transición, si intenta observar los números cuánticos del electrón, tendrá una cierta probabilidad de encontrarlo en el orbital inicial y una cierta probabilidad de encontrarlo en el orbital final. Sin embargo, eso implica que el estado del electrón antes de la medición era una superposición.
Es lo mismo cuando las partículas y las antipartículas se aniquilan. En el momento cero, digamos que tiene un mesón pi neutro. Si mide la cantidad de quarks o la cantidad de antiquarks, obtendrá un resultado distinto de cero con una probabilidad cercana al 100%. (**) Unos segundos más o menos después, si midiera el número de quarks o el número de antiquarks, habría una pequeña probabilidad de observar cero, y si midiera el número de fotones, habría Una pequeña probabilidad de observar dos (el resultado de la descomposición más común). A medida que pasa el tiempo, aumenta la probabilidad de observar cero quarks y dos fotones. Después de aproximadamente un femtosegundo, la probabilidad de observar cero quarks habrá crecido a aproximadamente el 100%, y la probabilidad de observar dos fotones habrá crecido a aproximadamente el 99%. (También hay alguna probabilidad de que la descomposición produzca un estado final diferente).
Por eso es que el mesón pi neutro puede existir: la aniquilación no es instantánea.
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Sin embargo, esta no es toda la historia. Si el pi mesón neutral fuera lo suficientemente inestable, nunca lo verías. Es decir, en una colisión de alta energía que produce un quark y un antiquark, lleva algún tiempo antes de que evolucionen al estado de quark-antiquark que llamamos el mesón. Esta vez es (creo) en la escala de yoctosegundos (10 ^ -24 segundos). Si se necesitara un femtosegundo para formar el mesón, nunca lo verías, porque el quark y el antiquark se aniquilarían primero.
La fuerte interacción une a los quarks en hadrones. Debido a que la interacción fuerte es bastante fuerte, actúa en escalas de tiempo muy cortas. La interacción electromagnética es más débil y, por lo tanto, más lenta . Es la interacción electromagnética la responsable de causar la aniquilación del par quark-antiquark. La interacción débil suele ser aún más débil, por lo que las partículas que se descomponen debido a la interacción débil suelen tener vidas más largas. Sin embargo, hay excepciones. Por ejemplo, la interacción débil es bastante fuerte para partículas muy masivas. Por esta razón, el quark top se descompone en aproximadamente 10 ^ -25 segundos, antes de que pueda formar hadrones. En este caso, la interacción débil es aún más rápida que la interacción fuerte.
Entonces, la respuesta completa a su pregunta es: la aniquilación no es instantánea y, de hecho, es más lenta que la hadronización porque la interacción electromagnética es más débil que la interacción fuerte.
(En realidad, una cosa que olvidé mencionar es que una partícula solo puede aniquilarse con su propia antipartícula; un quark up no puede aniquilarse con un antiquark down por ejemplo. Por lo tanto, los mesones pi cargados, en contraste con los mesones pi neutros, no se descomponen por aniquilación, sino más bien por un proceso débil. Es por eso que tienen vidas más largas que el mesón pi neutro).
(*) Muchos físicos dirían “una cantidad limitada de tiempo”, pero creo que este es uno de los peores abusos de notación por parte de los físicos.
(**) Dije “un número distinto de cero” en lugar de exactamente uno porque hay algunos sutilmente asociados con la pregunta de cuántos quarks hay dentro de un hadron. Véase, por ejemplo , Protones y neutrones: el pandemonio masivo en la materia.
