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如何解释「反粒子」?它具有怎样的特性?

如何解释「反粒子」?它具有怎样的特性?

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如何解释「反粒子」?它具有怎样的特性?

反粒子一定要结合对称群的复表示来理解。

比如电磁 U(1)群,带电粒子在它的复表示下,我们可以讨论它的反粒子,即其共轭表示(带相反电荷)。但是注意,在不考虑它和电磁规范场的耦合的情况下,一个 U(1)复表示下的复场,总可以写成两个实场的的组合,而实场是没有反粒子的(或者说反粒子是它自己)。

也就是说,我们总可以写出电子和正电子的两种线性组合(比如叫 A 和 B),它们分别是实场,反粒子是它们自己。我们仍然可以考虑 A 和 B 与电磁场的耦合,效果就是 A 放出一个光子会变成 B,反之亦然。换句话说,A 和 B 不是电磁规范作用的本征态,就像中微子不是弱相互作用的本征态一样。

为什么对于复表示一定会有反粒子呢?因为复表示的量子场的正能解与负能解是相互独立的,所以它们代表不同的粒子(当然负能解对应的是粒子的湮灭算符)。而实条件则使得正能解和负能解必须代表同一种粒子的产生湮灭算符,即自己是自己的反粒子。比如光子、希格斯粒子和马约拉纳粒子就是实场。

所以,反粒子按定义必须处于共轭表示,所以任何粒子与其反粒子组成的系统必须在所有对称群下都包含单态(即真空所处的态),保证了湮灭过程的守恒律。