¿Qué sucede realmente cuando un electrón interactúa con un positrón?

Ambas partículas se aniquilan en energía, que es igual a su masa multiplicada por la velocidad de la luz al cuadrado, según la famosa ecuación de Einstein E = MC ^ 2 Ahora, como ha dicho alestas, hay dos posibilidades, una de que la energía cinética sea menor que la cierta cantidad y segundo que la energía cinética es mayor que la cierta cantidad. Ahora, si la materia forma energía, la energía también puede formar materia equivalente al valor de masa para ese valor de energía. Entonces, mediante la conservación de la energía, si la energía cinética de las partículas en colisión es lo suficientemente alta, la energía se comprime para formar materia, que puede ser diferente de los ingredientes, es decir, electrones y positrones (por ejemplo, neutrinos, etc.). Un ejemplo de esto es lo que se hace en el Gran Colisionador de Hadrones para estudiar el bosón higgs. Lo que básicamente hacen es colisionar un protón y su antipartícula (al igual que el electrón y el positrón). A medida que chocan con una velocidad inmensa, se aniquilan para formar nuevas partículas, las propiedades de estas partículas se estudian para determinar si también se formó o no el bosón de higgs. mira el siguiente enlace para entender más

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Si un electrón colisiona con un positrón, tenemos dos posibles resultados diferentes. Primero debemos comenzar con el más simple, el caso en el que tanto el electrón como el positrón tienen energías cinéticas bajas. En este caso se aniquilan creando 2 rayos gamma (fotones).
Ahora, en el segundo resultado posible, si la suma de las energías cinéticas del electrón y el positrón excede una cierta cantidad, se pueden crear otras partículas (que obedecen las leyes de conservación). La cierta cantidad necesaria corresponde a la masa en reposo de la nueva partícula.
Para la segunda parte de su pregunta “¿Por qué la masa se convierte en energía en lugar de simplemente combinarse para convertirse en un elemento?” Tengo que decir que esto realmente puede suceder, pero probablemente no de la forma en que lo imaginas. Lo que sucede es que un electrón y un positrón se combinan para crear una nueva estructura llamada Positronium (sí, sé que suena como algo de ciencia ficción, pero está desnudo para mí). Sabemos que los electrones y, posteriormente, los positrones tienen una carga absoluta igual a la del protón, excepto que el electrón es negativo y el positrón es positivo, por lo que el par electrón-positrón exhibe atracción tal como lo haría un par protón-electrón (hidrógeno átomo).
Ahora, la imagen simplista de un átomo de hidrógeno es la de un electrón que gira alrededor de un protón, pero este no es el caso del Positronio. De hecho, el electrón en el átomo de hidrógeno en realidad no gira alrededor del protón, sino que ambos giran alrededor del centro de masa del sistema, porque el protón es mucho más pesado que el electrón, el centro de masa puede considerarse el protón. en sí mismo, por lo que podríamos decir que el protón no se mueve en absoluto mientras que el electrón gira a su alrededor.
Pero en el caso del Positronio, tanto el electrón como el positrón tienen masas iguales, por lo que el centro de masa es el punto medio de su distancia. Eso significa que si pudiéramos ver el Positronio de una manera igualmente simplista, veríamos un electrón persiguiendo un positrón en un círculo (o un positrón persiguiendo un electrón, lo que sea que flote en su bote).

Eso es lo que está haciendo AMS-2: encontrar materia oscura.