Qual é a diferença entre partículas e anti-partículas além de spin?

Os campos de partículas / antipartículas surgem medindo simetrias globais na teoria quântica de campos. Tudo isso se resume ao fato de que existe um termo matemático na teoria quântica de campos de partículas em interação que se parece com isso:

campo de medição * campo de partículas * campo de antipartículas.

Para que esse termo seja consistente (em um sentido apropriado) com a teoria, é necessário que os campos de partícula / antipartícula se transformem em um sentido apropriadamente contrário, sob uma simetria de medida.

No final do dia, isso se ramifica no fato de que os quanta (partículas, neste caso) dos campos de partículas / antipartículas são matéria / partículas antimatéria, respectivamente, com cargas opostas.

Esta não é a história do campo de medição; os quanta de partículas desse campo são, em certo sentido, suas próprias antipartículas: elas têm carga zero sob a simetria de bitola relevante.

Um exemplo prototípico de tudo isso é a Eletrodinâmica Quântica, a teoria quântica de campos do campo eletromagnético acoplada a elétrons / pósitrons. Nesta teoria, ocorre um termo de interação:

campo eletromagnético * campo de elétrons * campo de pósitrons

Consequentemente, o elétron e o pósitron são carregados de maneira oposta em relação ao campo eletromagnético e dizemos que a partícula de pósitron é o anti-elétron (carregado positivamente). Os quanta do campo eletromagnético são fótons. Evidentemente, o fóton tem carga eletromagnética zero e é "sua própria antipartícula".

Na verdade, não, spin, ou melhor, quiralidade não é necessariamente diferente entre uma partícula e sua antipartícula. Ou seja, um elétron e um pósitron podem ser canhotos ou destros.

No entanto, eles têm taxas opostas. E isso generaliza para outras formas de carga (isospina fraca - que não deve ser confundida com spin e hipercarga fraca; e a carga "colorida" da força forte). É isso que distingue uma partícula de sua antipartícula (e é também por isso que algumas partículas, por exemplo, fótons, são suas próprias antipartículas; elas não têm nada parecido com uma carga conservada).

Mas, no caso da interação fraca, a quiralidade realmente importa, afinal, porque a interação em si é quiral (ou seja, não é simétrica esquerda-direita). Como conseqüência, todos os neutrinos são canhotos e todos os antineutrinos são destros.

E isso, aliás, nos leva a um dos grandes mistérios não resolvidos da física de partículas. Como agora sabemos que os neutrinos são enormes, é possível, em princípio, ver um neutrino canhoto como um neutrino destro (dependendo de como ele se move em relação ao observador). Portanto, alguns neutrinos que observamos devem ser destros. Mas eles não são. Então, o que aconteceu com os neutrinos destros? Existem teorias especulativas, mas nenhuma solução acordada para essa questão intrigante.