¿Cómo se conserva el impulso cuando chocan dos partículas subatómicas sin carga (por ejemplo, neutrones)?

El momento simplemente se conserva como siempre. El hecho de que las partículas no tengan carga eléctrica, eso no significa que no interactúen. Piensa en el núcleo. Comprende tanto neutrones como protones. Los neutrones no tienen carga, por lo que podría pensar que pueden desaparecer. Sin embargo, se quedan y es muy difícil llevárselos. De hecho, están vinculados con la llamada fuerza nuclear fuerte, la más fuerte de las 4 fuerzas (electromagnética, gravitacional, nuclear débil y nuclear fuerte). También interactúan con una fuerza nuclear débil, por lo que un neutrón puede descomponerse en un protón y un electrón (con la emisión de un antineutrino).

Todo esto no tiene relación con la conservación del impulso. El momento (y la energía *, o el vector de energía-momento si se quiere) siempre se conserva en cualquier proceso.

Con respecto a sus preguntas sobre los fotones, también se dispersan, pero el efecto está mediado por electrones virtuales (positrones) que se extraen del vacío. Ver física de dos fotones

* A veces las personas diferencian entre un proceso elástico e inelástico. En este último, la energía no se conserva, pero sí el impulso. La razón de esto es simplemente porque el proceso no tiene en cuenta la pérdida de energía (por ejemplo, el sonido que se lleva la energía, o el aumento de la temperatura de los dos cuerpos que chocan). Sin embargo, las interacciones de partículas elementales son puras y no tienen estos problemas.

La conservación del impulso es una ley de la física que proviene directamente de la invariancia de las leyes físicas bajo la traducción espacial, y por lo tanto se conserva para todos los procesos físicos, incluidas las colisiones.

Desde el punto de vista de la teoría cuántica de campos, las colisiones ocurren a través del intercambio de una “partícula virtual”. Esto es cierto para electrones, neutrones, quarks y cualquier otra partícula que puedas imaginar. En general, hay dos tipos de partículas, fermiones y bosones. Los fermiones son materia: electrones, quarks, neutrinos, partículas de tau, etc. Los bosones son partículas compuestas o portadores de la Fuerza. Los portadores de fuerza son las partículas que se intercambian durante una colisión, y que son responsables de las fuerzas de interacción entre las partículas elementales de la materia (aunque todavía no se ha observado el gravitón para el campo gravitacional).

Cuando dos electrones chocan, la fuerza principal en esa colisión es la fuerza electromagnética, que es transportada por los fotones. Entonces, los fotones virtuales se intercambian entre los electrones, llevando el impulso de uno a otro, lo que explica el cambio en sus trayectorias. En el caso de los neutrones, que no tienen carga, la fuerza débil es la principal interacción responsable de la colisión. Esto es llevado por los bosones W y Z, que son los portadores de la fuerza de la fuerza débil. La matemática es la misma, es solo un portador de fuerza diferente, con un grupo de indicadores y una fuerza de interacción diferentes.

Debido a que el grupo de medida de la fuerza débil y la fuerza fuerte no es conmutativo, tiende a hacer que estas teorías sean más difíciles de tratar, pero todas están descritas por la teoría de Yang-Mills, ¡quizás el tipo de teoría más omnipresente en la naturaleza!