Hay dos preguntas aquí.
¿Por qué el fotón no tiene una antipartícula? La respuesta es que el fotón es su propia antipartícula. Por ejemplo, dos (fotones de alta energía) pueden aniquilar y crear un par electrón-positrón.
La razón más profunda detrás de esto va al corazón de lo que entendemos por antipartícula. Las antipartículas (que son distintas de la partícula misma) existen para partículas que se cargan bajo una simetría. La relatividad especial combinada con la mecánica cuántica obliga a que para cada partícula cargada debe haber una partícula con carga opuesta e igual masa [1]. Por ejemplo, un electrón se carga bajo electromagnetismo con carga [math] q_e = – e = 1.6 \ times 10 ^ {- 19} \ text {C} [/ math]. El positrón es una partícula con una carga de igual magnitud pero signo opuesto.
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Ahora el fotón no tiene carga bajo ninguna simetría. Por lo tanto, cuando invierte todas las cargas, recupera la misma partícula nuevamente.
Este argumento es viable para las simetrías globales, como la extrañeza, donde pueden producirse nuevos efectos si se rompe la simetría. Ver Modelo estándar de física de partículas: ¿Qué es la mezcla de K-Kbar?
¿Por qué las antipartículas tienen energía positiva? La energía se define como el valor propio del Hamiltoniano para el estado y para cualquier conjunto de campos (que no sea el Hamiltoniano de la gravedad), el Hamiltoniano es definitivo positivo. Esto significa que la energía es estrictamente positiva para cualquier colección de partículas y antipartículas.
Si las antipartículas no tuvieran energía positiva, entonces el vacío del Universo sería inestable. Si una antipartícula tuviera energía / masa negativa, entonces, sin costo en energía, habría un proceso en el que podría agregar una partícula y una antipartícula al vacío. Esto llevaría a un proceso de escape en el que todo el Universo se llenaría con una bola de fuego de radiación en un período de tiempo muy corto.
Las modificaciones a la teoría del campo cuántico donde es posible la antienergía se han considerado en varios puntos, pero se encuentran con numerosas obstrucciones. Ver http://arXiv.org/abs/hep-th/0505265 para un intento de resolver el Problema Cosmológico Constante usando anti-energía.
[1] La inversión de todas las cargas se conoce como conjugación de carga y si la teoría es la misma, entonces se dice que la teoría es “invariante bajo la simetría de conjugación de carga”. Este no es el caso del modelo estándar de física de partículas.
