Positronium

Positronium er et koblet kvantemekanisk system ( eksotisk atom ) bestående af en elektron og en positron . Afhængigt af den indbyrdes retning af spins af elektronen og positronen skelnes orthopositronium (spin er co-directed, total spin S = 1 ) og parapositronium (spins er modsat rettet, total spin S = 0 ). Positronium er ligesom hydrogenatomet et to-legeme-system , og dets adfærd og egenskaber er nøjagtigt beskrevet i kvantemekanikken . Det blev først eksperimentelt identificeret i 1951 af Martin Deutsch [1] .

Egenskaber

Da den reducerede masse af positronium er næsten halvdelen af den reducerede masse af en elektron [2] , er radius af positronium-atomet i grundtilstanden 0,106 nm (to gange brintatomet), og dets ioniseringspotentiale fra grundtilstanden er 6,77 eV (halvdelen af brints ioniseringspotentiale).

Positronium tilintetgøres hurtigt , dets levetid afhænger af spin: parapositronium i hvile i vakuum tilintetgør i gennemsnit i:

t_{0}={\frac {2\hbar }{m_{\mathrm {e} }c^{2}\alpha ^{5))}=~{\text{0.1244 ns))

Parapositronium tilintetgøres i to gammastråler med en energi på 511 keV hver og modsat momenta .

Orthopositronium lever tre størrelsesordener længere:

t_{1}={\frac {{\frac {1}{2}}9t}{2m_{\mathrm {e} }c^{2}\alpha ^{6}(\pi ^{2 }-9)))=~{\text{138.6 ns}}

Orthopositronium henfalder til tre gammakvanter på grund af ladningsparitetsbevarelse . I et medium falder levetiden for positronium (for orthopositronium i et fast stof bliver det mindre end 1 ns), og den relative sandsynlighed for udslettelse i 2 gammastråler stiger. Udslettelse af positronium til et større antal gammastråler er mulig, men sandsynligheden for dette er meget lille. Under alle omstændigheder er den samlede energi af annihilation gamma quanta i positronium -massecentersystemet 1022 keV (svarende til det dobbelte af elektronmassen).

Massen af grundtilstanden for orthopositronium (led 3 S 1 ) er 8,4⋅10 −4 eV større end grundtilstanden for parapositronium (led 1 S 0 ) , overgange mellem disse to tilstande er mulige. Når et positroniumatom er dannet af upolariserede partikler, forekommer orthopositronium tre gange oftere, da dets statistiske vægt g = 2 S + 1 er tre gange større end parapositronium. Selvom levetiden for positronium er kort, har den tid til at indgå i kemiske reaktioner. Kemien af positronium er ret godt forstået (som regel betragtes den inden for rammerne af mesonkemi , selvom elektronen og positronen ikke tilhører mesoner ). Det kemiske symbol for positronium er Ps . Kemisk er positronium tæt på brint, og dets interaktioner bruges til at studere kinetikken af kemiske reaktioner , diffusion , faseovergange og andre fysisk-kemiske processer i gasser og kondenserede medier.

Positronium (som muonium ) er et rent leptonatom , så dets spektroskopi og præcisionsmåling af dets levetid er af særlig interesse for at teste forudsigelserne af kvanteelektrodynamik . Den negative positronium-ion Ps − , som består af to elektroner og en positron, er også ved at blive undersøgt.

Molekylært positronium

Molekylær positronium , dipositronium , Ps 2 - et molekyle bestående af to positronium atomer (det vil sige et bundet system af to elektroner og to positroner ).

I 1946 foreslog J. A. Wheeler [3] , at to positroniumatomer kunne kombineres til et molekyle med en bindingsenergi på omkring 0,4 eV (dipositronium). I 2005 var der rapporter om en mulig observation af molekylært positronium Ps 2 , bekræftet i september 2007 [4] [5] . Ps2 - molekyler blev opdaget ved at bestråle en tynd porøs kvartsfilm med en kraftig positronflux.

Litteratur

Gol'danskii VI Fysisk kemi af positron og positronium. M., 1968.

Se også

kvanteelektrodynamik
Elektron Positron Foton Unormalt magnetisk øjeblik Casimir effekt Lammeskifte Scharnhorst effekt positronium

Partikler i fysik

fundamentale
partikler

Fermioner

Quarks	u d s c b t
Leptoner	e- _ e + μ − • μ + τ − • τ + Neutrino ν e • ν e ν μ • ν μ ν τ • ν τ

Bosoner

Målestok	γ g W ± •Z 0
Skalar	Higgs boson

Sammensatte
partikler

hadroner

Baryoner ( Hyperoner )	Nukleoner s s n n Δ Λ Σ Ξ Ω Pentaquarks
Mesons ( Quarkonia )	π η • η′ s ω φ J/ψ ϒ θ K B D T Tetraquarks

Forbindelser af fundamentale og (eller) sammensatte partikler

Almindelig	Atomkerner deuteron Triton Helion α atomer ioner Kationer anioner molekyler
Usædvanlig	I hypernucleus fysik : Λ -hypernuclei Hyperhydrogen Hypertriton Σ -hypernuclei Eksotiske atomer : Mesoatomer Muonic Muonisk hydrogen Hadronic pæon Kaonic Antiproton Σ -hyperonisk Lepton atomer positronium Muonium Dimuonium protonium Pæon mesommolekyle Dipositronium

Positronium

Egenskaber

Molekylært positronium

Litteratur

Links

Se også