Positron

Positron  ( )
Forbindelse fundamental partikel [1]
En familie Fermion
Gruppe Lepton
Generation først
Deltager i interaktioner gravitationel [2] , svag og elektromagnetisk
Antipartikel Elektron
Vægt

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

5,48579909070(16)⋅10 −4 amu [3]
Livstid ∞
Teoretisk begrundet P. Dirac (1928)
Opdaget K. D. Anderson (1932)
kvantetal
Elektrisk ladning +1 e
+1,6021766208(98)⋅10 −19  C [3]
baryon nummer 0
Lepton nummer −1
B−L +1
Spin 1/2 ħ
Magnetisk øjeblik +9,274009994(57)⋅10 −24 J / T
Intern paritet −1
Isotopisk spin 0
Tredje komponent af svag isospin +1/2 (højre chiralitet ),
0 (venstre chiralitet)
Svag hypercharge +1 (højre chiralitet ),
+2 (venstre chiralitet)
 Mediefiler på Wikimedia Commons

Positron (fra engelsk  positiv  "positiv" + elektron " elektron ") er elektronens antipartikel . Henviser til antistof , har en elektrisk ladning på +1, et spin på 1/2, en leptonladning på -1 og en masse lig med en elektrons. Under udslettelse af en positron med en elektron omdannes deres masse til energi i form af to (og meget sjældnere - tre eller flere) gammakvanter .

Positroner opstår i en af ​​typerne af radioaktivt henfald ( positronemission ), såvel som i samspillet mellem fotoner , hvis energi er større end 1,022 MeV med stof . Sidstnævnte proces kaldes " parproduktion ", fordi under dens implementering danner fotonen, der interagerer med kernens elektromagnetiske felt , samtidig en elektron og en positron. Positroner kan også forekomme i processerne til produktion af elektron-positron-par i et stærkt elektrisk felt .

Discovery

Eksistensen af ​​positronen blev først foreslået i 1928 [4] af Paul Dirac . Diracs teori beskrev ikke kun en elektron med en negativ elektrisk ladning , men også en lignende partikel med en positiv ladning. Fraværet af en sådan partikel i naturen blev betragtet som en indikation på "ekstra løsninger" af Dirac-ligningerne. Men opdagelsen af ​​positronen var en triumf for teorien.

I overensstemmelse med Diracs teori kan en elektron og en positron fødes som et par, og denne proces skal forbruge energi svarende til resten af ​​disse partiklers energi, 2 × 0,511 MeV . Da naturlige radioaktive stoffer var kendt for at udsende γ-kvanter med energier større end 1 MeV , var det muligt at få positroner i laboratoriet, hvilket blev gjort. En eksperimentel sammenligning af egenskaberne af positroner og elektroner viste, at alle disse partiklers fysiske egenskaber, bortset fra tegnet på den elektriske ladning, falder sammen.

Positronet blev opdaget i 1932 af den amerikanske fysiker Anderson , mens han observerede kosmisk stråling med et skykammer placeret i et magnetfelt . Han fotograferede partikelspor, der lignede elektronspor, men udviste et magnetfelt, der vendte elektronsporet, hvilket indikerer en positiv elektrisk ladning på de detekterede partikler. Kort efter denne opdagelse, også ved hjælp af et skykammer, blev der taget fotografier, der kaster lys over oprindelsen af ​​positroner: under påvirkning af γ-kvanter af sekundær kosmisk stråling blev positroner født i par med almindelige elektroner. Sådanne egenskaber ved den nyopdagede partikel viste sig at være i slående overensstemmelse med Diracs allerede eksisterende relativistiske teori om elektronen. I 1934 opdagede Irene og Frederic Joliot-Curie i Frankrig en anden kilde til positroner - β + -radioaktivitet .

Navnet "positron" blev opfundet af Anderson selv. Anderson foreslog også at omdøbe elektroner til "negatroner"; denne term for elektroner bruges stadig i tilfælde, hvor elektroner og positroner betragtes sammen [5] ; i disse tilfælde refereres udtrykket "elektron" ofte til både partikler - elektronen (negatronen) og positronen [6] .

Positronen var den første antipartikel , der blev opdaget . Eksistensen af ​​en elektron-antipartikel og overensstemmelsen mellem de samlede egenskaber af to antipartikler til konklusionerne af Dirac's teori, som kunne generaliseres til andre partikler, pegede på muligheden for en parnatur af alle elementarpartikler og styrede efterfølgende fysisk forskning. Denne orientering viste sig at være ekstraordinært frugtbar, og på nuværende tidspunkt er parret af elementarpartikler en præcist etableret naturlov, underbygget af et stort antal eksperimentelle fakta.

Udslettelse

Det følger af Diracs teori, at en elektron og en positron skal tilintetgøres under en kollision med frigivelsen af ​​energi svarende til den samlede energi af de kolliderende partikler. Det viste sig, at denne proces hovedsageligt opstår efter decelerationen af ​​positronen i stoffet, når den samlede energi af to partikler er lig med deres hvileenergi på 1,0221 MeV. I eksperimentet blev der registreret par af γ-kvanter med en energi på 0,511 MeV, der fløj i modsatte retninger fra et mål bestrålet med positroner. Behovet for udslettelse af en elektron og en positron for at producere ikke én, men mindst to γ-kvanter følger af momentumbevaringsloven . Det samlede momentum i systemet af positronens og elektronens massecenter før transformationsprocessen er nul, men hvis der kun dukkede et y-kvante op under udslettelse, ville det bortføre et momentum der ikke er lig med nul i nogen referenceramme .

Siden 1951 har det været kendt, at i nogle amorfe legemer , væsker og gasser , udsletter en positron efter bremsning i et betydeligt antal tilfælde ikke umiddelbart, men danner et system forbundet med en elektron i kort tid, kaldet positronium . Positronium med hensyn til dets kemiske egenskaber ligner brintatomet , da det er et system bestående af enkelte positive og negative elektriske ladninger og kan indgå i kemiske reaktioner . Da elektronen og positronen er forskellige partikler, kan de være i en bundet tilstand med den laveste energi, ikke kun med antiparallelle, men også med parallelle spins . I det første tilfælde er det samlede spin af positronium s = 0, hvilket svarer til parapositronium , og i det andet tilfælde er s = 1, hvilket svarer til orthopositronium . Interessant nok kan udslettelse af et elektron-positron-par i orthopositronium ikke ledsages af produktionen af ​​to y-kvanter. To γ-kvanter bortfører mekaniske momenter i forhold til hinanden, lig med 1, og kan udgøre et samlet moment lig med nul, men ikke ét. Derfor er udslettelse i dette tilfælde ledsaget af emission af tre y-kvanter med en samlet energi på 1,022 MeV. Dannelsen af ​​orthopositronium er tre gange mere sandsynlig end parapositronium, da forholdet mellem statistiske vægte (2 s +1) af begge tilstande af positronium er 3:1. Men selv i kroppe med en høj procentdel (op til 50%) af parudslettelse i bundet tilstand, det vil sige efter dannelsen af ​​positronium, opstår der overvejende to γ-kvanter og kun meget sjældent tre. Pointen er, at levetiden for parapositronium er omkring 10 −10 s, mens den for orthopositronium er omkring 10 −7 s. Det langlivede orthopositronium, der kontinuerligt interagerer med mediets atomer, når ikke at udslette med emission af tre γ-kvanter, før positronen, som er en del af det, udsletter med en fremmed elektron i en tilstand med antiparallelle spins og med emission af to y-kvanter.

To gamma-kvanter, der opstår fra udslettelse af en stoppet positron, bærer en energi på 511 keV hver og spredes i strengt modsatte retninger. Denne kendsgerning tillader placeringen af ​​det punkt, hvor annihilationen fandt sted, og bruges i positronemissionstomografi .

I 2007 blev eksistensen af ​​et bundet system af to positroner og to elektroner ( molekylært positronium ) eksperimentelt bevist. Et sådant molekyle henfalder endnu hurtigere end atom-positronium.

Positroner i naturen

Det menes, at i de første øjeblikke efter Big Bang var antallet af positroner og elektroner i universet omtrent det samme, men denne symmetri blev brudt under afkøling. Indtil universets temperatur faldt til 1 MeV, opretholdt termiske fotoner konstant en vis koncentration af positroner i stoffet ved at skabe elektron-positron-par (sådanne forhold eksisterer stadig i dybet af varme stjerner). Efter at have afkølet universets stof under tærsklen for parproduktion, blev de resterende positroner tilintetgjort med et overskud af elektroner.

I rummet fødes positroner, når gamma-kvanter og energiske partikler af kosmiske stråler interagerer med stof , såvel som under henfaldet af nogle typer af disse partikler (for eksempel positive myoner ). Således er en del af de primære kosmiske stråler positroner, da de i mangel af elektroner er stabile. Annihilation gamma linjer 511 keV er blevet påvist i nogle regioner af galaksen, hvilket beviser tilstedeværelsen af ​​positroner.

I solens termonukleære pp-cyklus (såvel som i CNO-cyklussen ) er en del af reaktionerne ledsaget af udsendelse af en positron, som straks udsletter med en af ​​de omgivende elektroner; således frigives en del af solenergien i form af positroner, og der er altid en vis mængde af dem i Solens kerne (i ligevægt mellem dannelses- og udslettelsesprocesserne).

Nogle naturligt forekommende radioaktive kerner (primordiale, radiogene, kosmogene) oplever beta-henfald, der udsender positroner . For eksempel sker en del af henfaldene af den naturlige isotop 40 K netop gennem denne kanal. Derudover kan gammakvanter med en energi på mere end 1.022 MeV, som stammer fra radioaktive henfald, give anledning til elektron-positron-par.

Når en elektron antineutrino (med en energi større end 1,8 MeV) og en proton interagerer, sker der en omvendt beta-henfaldsreaktion med dannelsen af ​​en positron: af naturlige radioaktive kerner.

Se også

Noter

  1. ↑ "Absolut minimum". Kapitel fra bogen Michael Fire Ordliste Electron
  2. ↑ Den fantastiske verden inde i atomkernen Spørgsmål efter foredraget . Hentet 22. januar 2018. Arkiveret fra originalen 15. juli 2015.
  3. ↑ 1 2 3 4 http://physics.nist.gov/cuu/Constants/Table/allascii.txt Arkiveret 8. december 2013 på Wayback Machine Fundamental Physical Constants - komplet liste
  4. ↑ 6.9. Elementærpartikler (utilgængeligt link) . Hentet 24. april 2007. Arkiveret fra originalen 28. september 2007. 
  5. ↑ KP Beuermann et al. Cosmic-Ray Negatron og Positron Spectra Mellem 12 og 220 MeV // Fysisk. Rev. Lett.. - 1969. - Vol. 22. - S. 412-415. - doi : 10.1103/PhysRevLett.22.412 .
    H. Ejiri. Forskel mellem Log ft -værdier af Negatron-henfald og Positron-henfald fra ulige-ulige kerner til lige-lige kerner // J. Phys. soc. Jpn.. - 1967. - Vol. 22. - S. 360-367. doi : 10.1143 / JPSJ.22.360 .
  6. ↑ Fra JG Skibo, R. Ramaty. Primære og sekundære kosmiske strålepositroner og elektroner // 23rd International Cosmic Ray Conference. - 1993. - Bd. 2. - S. 132-135. — . : "Herefter vil udtrykket elektron referere til positroner og negatroner."

Litteratur

 kvanteelektrodynamik
  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger