wat gebeurd er als je quarks en anti quarks op elkaar laat botsen?

Losse quarks zijn er niet, ze moeten altijd in paren of drievoud voorkomen, maar je kunt wel een anti proton op een proton laten botsen en er kunnen dan allerlei verschillende deeltjes met verschillende levensduur, lading en impuls ontstaan, zolang de behoudswetten uiteindelijk maar ongeschonden blijven. Zelfs de behoudswetten zijn overigens nogal flexibel bij het uitrekenen van de mogelijke vervalproducten, binnen een klein genoeg tijdsinterval is er ook onzekerheid in de energie bijvoorbeeld. Uiteindelijk mag er geen netto lading overblijven en moet de netto impuls van al die deeltjes ook ongeveer nul zijn en de energie moet na de gebeurtenissen ook behouden zijn.
Het uitrekenen van de gebeurtenissen gaat met padintegralen, dat zijn alle mogelijke gebeurtenissen met hun waarschijnlijkheid gecombineerd. Voor het uitrekenen van de te verwachten gebeurtenissen met enige nauwkeurigheid heb je een stevige computer nodig. In de praktijk krijg je de patronen die we kennen van het CERN, een wirwar van allerlei kortlevende deeltjes (mesonen, muonen). Dit soort botsingen vinden trouwens erg vaak plaats, want een aanzienlijk deel van de kosmische straling bestaat uit antiprotonen. Een botsing met een proton in een watermolecuul volstaat.

Het eenvoudige antwoord is dat ze elkaar vernietigen (annihileren) en worden omgezet in energie in de vorm van straling.
Hier moeten echter enkele nuances bij worden geplaatst:
1. Quarks (en ook antiquarks) bestaan in 6 "smaken" en drie "kleuren". Volledige omzetting in stralingsenergie vindt alleen plaats als de twee dezelfde smaak en een tegengestelde kleur hebben.
2. Quarks komen nooit apart voor. Ze zijn altijd "opgesloten" in een combinatie drie quarks (baryonen), of een quark en een antiquark (mesonen). Die zijn samen altijd kleur-neutraal. Annihilatie van quarks zal dus altijd plaatsvinden als onderdeel van de annihilatie van baryonen of mesonen.
3. Binnen een baryon of een meson vindt voortdurend uitwisseling van "kleurlading" plaats tussen de aanwezige quarks. Je kunt niet zeggen dat één bepaalde quark op zeker moment een bepaalde kleurlading heeft. Net zo min kun je zeggen dat één bepaalde quark met één bepaalde antiquark is gebotst.
4. Mesonen bevatten en quark en een antiquark. Die kunnen elkaar niet volledig vernietigen omdat ze niet de tegengestelde kleurlading hebben. Ze zorgen ervoor dat baryonen in de atoomkern (protonen en neutronen) aan elkaar gebonden worden.
Conclusie: je kunt geen losse quarks en antiquarks op elkaar laten botsen. Je kunt wel baryonen op elkaar laten botsen (dat is in feite wat er in CERN gebeurt bij de Large Hadron Collider) en dan concluderen dat er eigenlijk quarks en antiquarks zijn gebotst.

Toegevoegd na 7 minuten:
Sorry, de quark en de antiquark in een meson hebben wel een tegengestelde kleurlading, maar niet dezelfde smaak. Daardoor kunnen ze elkaar niet vernietigen.

Toegevoegd na 18 uur:
O, en je krijgt geen implosie of explosie. Deze begrippen zijn van toepassing op gassen en dan hebben we het dus over het staistische gedrag van zeer veel deeltjes bij elkaar. Op individuele deeltjes zijn deze begrippen niet van toepassing.