Что будет, если столкнуть частицу и античастицу в адронном коллайдере на больших энергиях? Например, протон и антипротон.

Добрый день.

Если говорить именно о взаимодействии пар частица/античастица, то сперва можно упомянуть взаимодействие покоящихся частиц. При таком взаимодействии может быть несколько разных сценариев:

1. Для протона/антипротона будет взаимодействие c преобразованием исходных нуклонов в пи-мезоны и фотоны (если упрощённо)
2. Для электронов/позитронов будет либо полное исчезновение с образованием пар фотонов, либо образование пар элементарных частиц/античастиц с меньшими массами, но имеющими импульс.

Все эти реакции идут в строгом соответствии с формулой Эйнштейна

m - масса, с - скорость света, р - импульс

Из этого уравнения следует, что исходная энергия покоя может быть преобразована в кинетическую энергию и наоборот.

Для движущихся пар частица/античастица, при наличии достаточной кинетической энергии, может идти образование новых пар элементарных частиц с большей массой. С соблюдением всё той же формулы, отражающей баланс энергии покоя и кинетической энергии.

Для движущихся пар протонов/антипротонов на околосветовых скоростях, уже не так важно что они являются антагонистами, так как на таких скоростях их структура становится похожей. Не буду заниматься копипастом и опишу грубо, в двух словах:

на таких скоростях протоны претерпевают некоторые структурные изменения. Они состоят из партонов. При столкновении данных пар протон/антипротон появляются адроны, разлетающиеся во все стороны с определённой закономерностью. Также может происходить образование квантов э/м природы. Часть кинетической энергии тратится на образование новой материи.

При том, так как нуклоны состоят из элементарных частиц, а не из некого единого целого то при ударе таких пар не происходит полного преобразования всей массы частиц: часть партонов, из которых состоят нуклоны на околосветовых скоростях, просто пролетают друг мимо друга. Изредка может возникать более полное взаимодействие данных частиц, в следствие чего рождаются новые элементарные частицы типа топ кварков и т.п.

Конечно я дал сжатое упрощённое описание. В сети много интересных статей, описывающих взаимодействия на адронных коллайдерах, в том числе на знаменитом БАКе. Данное описание дано для общего представления, о том что сам факт взаимодействия пар нуклонов на световых скоростях является уже вполне рядовым событием в экспериментальной физике, хотя и не является полностью и глубоко исследованным.