pozitron

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Pojdi na navigacijo Pojdi na iskanje
pozitron ( )
PositronDiscovery.jpg
Sestava osnovni delec [1]
Družina Fermion
Skupina Lepton
Generacija najprej
Sodeluje v interakcijah gravitacijski [2] , šibki in elektromagnetni
Antidelec elektron
Utež

9,10938356 (11) ⋅10 −31 kg [3] ,
0,5109989461 (31) MeV [3] ,

5,48579909070 (16) ⋅10 −4 amu [3]
Življenska doba
Teoretično utemeljeno P. Dirac (1928)
Odkriti C. D. Anderson (1932)
Kvantne številke
Električni naboj +1 e
+1,6021766208 (98) ⋅10 −19 C [3]
Barionska številka 0
Leptonsko število −1
B − L +1
Zavrtite se 1/2 ħ
Magnetni trenutek +9,274009994 (57) ⋅10 −24 J / T
Notranja pariteta −1
Izotopsko vrtenje 0
Tretja komponenta šibkega izospina +1/2 (desna kiralnost ),
0 (leva kiralnost)
Šibek hipernaboj +1 (desna kiralnost ),
+2 (leva kiralnost)
Logotip Wikimedia Commons Predstavnostne datoteke na Wikimedia Commons

Positron (iz angleškega posit ive "pozitiven" + elect ron "elektron") je antidelec elektrona . Nanaša se na antimaterijo , ima električni naboj +1, vrtenje 1/2, leptonski naboj -1 in maso, enako masi elektrona. Ko se pozitron uniči z elektronom, se njihova masa pretvori v energijo v obliki dveh (in veliko manj pogosto - treh ali več) gama kvantov .

Pozitroni nastanejo pri eni od vrst radioaktivnega razpada ( pozitronska emisija ), pa tudi pri interakciji fotonov , katerih energija je več kot 1,022 MeV, s snovjo . Zadnji proces se imenuje " proizvodnja parov ", saj med njegovim izvajanjem foton, ki sodeluje z elektromagnetnim poljem jedra , hkrati tvori elektron in pozitron. Tudi pozitroni lahko nastanejo v procesih ustvarjanja parov elektron-pozitron v močnem električnem polju .

Odpiranje

Obstoj pozitrona je leta 1928 [4] prvič predlagal Paul Dirac . Diracova teorija je opisala ne le elektron z negativnim električnim nabojem , ampak tudi podoben delec s pozitivnim nabojem. Odsotnost takega delca v naravi je veljala za indikacijo "dodatnih rešitev" Diracovih enačb. Toda odkritje pozitrona je bilo zmagoslavje teorije.

V skladu z Diracovo teorijo lahko elektron in pozitron nastaneta kot par, pri čemer mora ta proces porabiti energijo, ki je enaka energiji mirovanja teh delcev, 2 × 0,511 MeV . Ker so bile znane naravne radioaktivne snovi, ki oddajajo γ-kvante z energijami, večjimi od 1 MeV , se je zdelo, da je v laboratoriju mogoče pridobiti pozitrone, kar je bilo tudi storjeno. Eksperimentalna primerjava lastnosti pozitronov in elektronov je pokazala, da se vse fizikalne lastnosti teh delcev, razen predznaka električnega naboja, ujemajo.

Pozitron je leta 1932 odkril ameriški fizik Anderson med opazovanjem kozmičnega sevanja z Wilsonovo kamero, nameščeno v magnetnem polju . Fotografiral je sledi delcev, ki so zelo spominjali na sledove elektronov, a so se pod vplivom magnetnega polja nasprotno sledom elektronov upognili, kar je kazalo na pozitiven električni naboj zaznanih delcev. Kmalu po tem odkritju, tudi s pomočjo Wilsonove kamere, so bile pridobljene fotografije, ki osvetljujejo izvor pozitronov: pod delovanjem γ-kvantov iz sekundarnega kozmičnega sevanja so se pozitroni rodili v parih z navadnimi elektroni. Izkazalo se je, da so takšne lastnosti na novo odkritega delca v presenetljivem soglasju z Diracovo že obstoječo relativistično teorijo elektrona. Leta 1934 sta Irene in Frederic Joliot-Curie v Franciji odkrila še en vir pozitronov - β + radioaktivnost .

Ime "pozitron" je izumil Anderson sam. Anderson je predlagal tudi preimenovanje elektronov v "negatrone"; ta izraz v zvezi z elektroni se še vedno uporablja v primerih, ko se elektroni in pozitroni obravnavajo skupaj [5] ; v teh primerih se izraz »elektron« pogosto nanaša na oba delca – elektron (negatron) in pozitron [6] .

Pozitron je bil prvi odkrit antidelec . Obstoj antidelca elektrona in skladnost celotnih lastnosti obeh antidelcev s sklepi Diracove teorije, ki bi jih lahko posplošili na druge delce, sta kazala na možnost seznanjenosti vseh elementarnih delcev in vodila kasnejše fizikalne raziskave. . Ta usmeritev se je izkazala za izjemno plodno in trenutno je parna narava elementarnih delcev natančno uveljavljen zakon narave, podprt z velikim številom eksperimentalnih dejstev.

Uničenje

Pozitronijeva struktura. Elektron in pozitron se vrtita okoli skupnega središča mase .

Iz Diracove teorije izhaja, da bi morala elektron in pozitron v trku izničiti s sproščanjem energije, ki je enaka skupni energiji trčečih delcev. Izkazalo se je, da ta proces poteka predvsem po upočasnitvi pozitrona v snovi, ko je skupna energija obeh delcev enaka njuni energiji mirovanja 1,0221 MeV. V poskusu so bili registrirani pari γ-kvantov z energijo 0,511 MeV, ki so leteli v nasprotnih smereh od tarče, obsevani s pozitroni. Potreba po pojavu ne enega, ampak vsaj dveh γ-kvantov med anihilacijo elektrona in pozitrona izhaja iz zakona o ohranitvi gibalne količine . Celoten zagon v sistemu masnega središča pozitrona in elektrona pred transformacijskim procesom je enak nič, če pa bi se med anihilacijo pojavil samo en γ-kvant, bi odnesel zagon, ki ni enak nič. v katerem koli referenčnem okviru .

Od leta 1951 je znano, da v nekaterih amorfnih telesih , tekočinah in plinih pozitron po upočasnitvi v velikem številu primerov ne uniči takoj, ampak tvori sistem, ki je za kratek čas povezan z elektronom, imenovan pozitronij . Pozitronij je po svojih kemijskih lastnostih podoben atomu vodika , saj je sistem, sestavljen iz posameznih pozitivnih in negativnih električnih nabojev, in lahko vstopa v kemične reakcije . Ker sta elektron in pozitron različna delca, sta lahko v vezanem stanju z najnižjo energijo ne le z antiparalelnimi, ampak tudi z vzporednimi vrtljaji . V prvem primeru je skupni spin pozitronija s = 0, kar ustreza parapozitroniju , v drugem pa s = 1, kar ustreza ortopozitroniju . Zanimivo je, da anihilacije para elektron-pozitron v sestavi ortopozitonija ne more spremljati nastajanje dveh γ-kvantov. Dva gama kvanta drug glede na drugega odneseta mehanske momente, enake 1, in lahko sestavljata skupni moment enak nič, ne pa enega. Zato anihilacijo v tem primeru spremlja emisija treh γ-kvantov s skupno energijo 1,022 MeV. Tvorba ortopozitonija je trikrat bolj verjetna kot parapozitronija, saj je razmerje med statističnimi utežmi (2 s +1) obeh stanj pozitonija 3: 1. Vendar se tudi v telesih z velikim odstotkom (do 50 %) uničenja parov v vezanem stanju, torej po nastanku pozitronija, pojavljata pretežno dva γ kvanta in le zelo redko trije. Bistvo je, da je življenjska doba parapozitonija približno 10 -10 s, ortopozitonija pa približno 10 -7 s. Dolgoživi ortopozitronij, ki nenehno sodeluje z atomi medija, nima časa, da se uniči z emisijo treh γ-kvantov, preden se pozitron v svoji sestavi uniči s tujim elektronom v stanju z antiparalelnimi vrtljaji in z emisijo dveh γ-kvantov.

Dva gama kvanta, ki nastaneta med anihilacijo ustavljenega pozitrona, nosita energijo 511 keV in odletita v strogo nasprotni smeri. To dejstvo omogoča določitev položaja točke, na kateri je prišlo do anihilacije, in se uporablja v pozitronski emisijski tomografiji .

Leta 2007 je bil eksperimentalno dokazan obstoj vezanega sistema dveh pozitronov in dveh elektronov ( molekularni pozitronij ). Takšna molekula razpada celo hitreje kot atomski pozitronij.

Pozitroni v naravi

Menijo, da je bilo v prvih trenutkih po velikem poku število pozitronov in elektronov v vesolju približno enako, vendar je bila ta simetrija med ohlajanjem porušena. Dokler temperatura vesolja ni padla na 1 MeV, so toplotni fotoni nenehno vzdrževali določeno koncentracijo pozitronov v snovi z ustvarjanjem parov elektron-pozitron (takšni pogoji obstajajo še danes v nedrih vročih zvezd). Po ohladitvi snovi Vesolja pod pragom proizvodnje para so preostali pozitroni uničili s presežkom elektronov.

V vesolju se pozitroni rodijo v interakciji s snovjo gama kvantov in energijskih delcev kozmičnih žarkov , pa tudi pri razpadu nekaterih vrst teh delcev (na primer pozitivni mioni ). Tako so nekateri primarni kozmični žarki pozitroni, saj so stabilni v odsotnosti elektronov. V nekaterih regijah Galaksije so odkrili anihilacijske gama linije 511 keV, kar dokazuje prisotnost pozitronov.

V sončnem termonuklearnem pp-ciklu (kot tudi v CNO-ciklu ) nekatere reakcije spremlja emisija pozitrona, ki se takoj uniči z enim od elektronov okolja; tako se del sončne energije sprosti v obliki pozitronov, določena količina pa je vedno prisotna v sončnem jedru (v ravnotežju med procesi nastajanja in uničenja).

Nekatera naravna radioaktivna jedra (primarna, radiogena, kozmogena) so podvržena beta razpadu z emisijo pozitronov . Na primer, del razpadov naravnega izotopa 40 K se zgodi prav po tem kanalu. Poleg tega lahko gama kvanti z energijami nad 1,022 MeV, ki nastanejo zaradi radioaktivnih razpadov, povzročijo pare elektron-pozitron.

Pri interakciji elektronskega antinevtrina (z energijo več kot 1,8 MeV) in protona pride do reakcije inverznega beta razpada s tvorbo pozitrona: Takšna reakcija se zgodi v naravi, saj obstaja tok antinevtrinov z energijami nad pragom povratnega beta razpada, ki nastane na primer med beta razpadom naravnih radioaktivnih jeder.

Poglej tudi

Opombe (uredi)

  1. "Absolutni minimum". Poglavje iz knjige Michael Fire Glossary Electron
  2. Neverjeten svet znotraj atomskega jedra Vprašanja po predavanju
  3. 1 2 3 4 http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Temeljne fizične konstante – popoln seznam
  4. 6.9. Elementarni delci (nedostopna povezava) . Pridobljeno 24. aprila 2007. Arhivirano 28. septembra 2007.
  5. KP Beuermann et al. Negatronski in pozitronski spektri kozmičnih žarkov med 12 in 220 MeV // Phys. Rev. Lett .. - 1969. - Zv. 22. - str. 412-415. - doi : 10.1103 / PhysRevLett.22.412 .
    H. Ejiri. Razlika med Log ft vrednostmi negatronskih razpadov in pozitronskih razpadov od lihih-parnih jeder do sodih jeder // J. Phys. Soc. Jpn .. - 1967. - Zv. 22. - str. 360-367. - doi : 10.1143 / JPSJ.22.360 .
  6. Iz članka JG Skibo, R. Ramaty. Primarni in sekundarni pozitroni in elektroni kozmičnih žarkov // 23rd International Cosmic Ray Conference. - 1993. - Zv. 2. - str. 132-135. - Bibcode : 1993ICRC .... 2..132S . : "V nadaljevanju se bo izraz elektron nanašal na pozitrone in negatrone."

Literatura

  • Vse znane lastnosti pozitrona so sistematizirane v pregledu Particle Data Group [1] .
  • Klimov A.N. Jedrska fizika in jedrski reaktorji. M. Atomizdat , 1971.