? ? ?

Что такое позитроны?

Позитрон (от англ. positive - положительный и «-трон») - античастица электрона. Относится к антивеществу, имеет электронный заряд +1, спин 1/2, лептонный заряд -1 и массу, равную массе электрона. При аннигиляции позитрона с электроном их масса преобразуется в энергию в форме 2-ух (и еще пореже - трёх и поболее) гамма-квантов.

Позитроны появляются в одном из видов радиоактивного распада (позитронная эмиссия), также при содействии фотонов с энергией больше 1,022 МэВ с веществом. Последний процесс именуется «рождением пар», ибо при его осуществлении фотон, взаимодействуя с электрическим полем ядра, образует вместе с этим электрон и позитрон.

Открытие позитрона

Существование позитрона в первый раз было предположено в 1928 Полем Дираком. Теория Дирака обрисовывала не только лишь электрон с отрицательным электронным зарядом, да и аналогичную частичку с положительным зарядом. Отсутствие таковой частички в природе рассматривалось как указание на «лишние решения» уравнений Дирака. Зато открытие позитрона явилось триумфом теории.

В согласовании с теорией Дирака электрон и позитрон могут рождаться парой, и на этот процесс должна быть затрачена энергия, равная энергии покоя этих частиц, 2-0,511 МэВ. Так как были известны естественные радиоактивные вещества, испускавшие γ-кванты с энергией больше 1 МэВ, представлялось вероятным получить позитроны в лаборатории, что и было изготовлено. Экспериментальное сопоставление параметров позитронов и электронов показало, что все физические свойства этих частиц, не считая знака электронного заряда, совпадают.

Позитрон был открыт в 1932 г. американским физиком Андерсоном при наблюдении галлактического излучения при помощи камеры Вильсона, помещённой в магнитное поле. Заглавие «позитрон» выдумал сам Андерсон. Любопытно, что Андерсон также предлагал, правда неудачно, переименовать электроны в «негатроны». Он сфотографировал следы частиц, которые очень напоминали следы электронов, однако имели извив под действием магнитного поля, обратный следам электронов, что свидетельствовало о положительном электронном заряде найденных частиц. Скоро после этого открытия, также при помощи камеры Вильсона, были получены фото, проливавшие свет на происхождение позитронов: под действием γ-квантов вторичного галлактического излучения позитроны рождались в парах с обыкновенными электронами. Такие характеристики вновь открытой частички оказались в поразительном согласии с уже имевшейся релятивистской теорией электрона Дирака. В 1934 г. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри во Франции открыли ещё один источник позитронов - β+-радиоактивность.

Позитрон оказался первой открытой античастицей. Существование античастицы электрона и соответствие суммарных параметров 2-ух античастиц выводам теории Дирака, которая имела возможность быть обобщена на другие частички, указывало на возможность парной природы всех простых частиц и ориентировало следующие физические исследования. Такая ориентация оказалась необыкновенно плодотворной, и в текущее время парная природа простых частиц является точно установленным законом природы, обоснованным огромным числом экспериментальных фактов.

Аннигиляция

Из теории Дирака следует, что электрон и позитрон при столкновении должны аннигилировать с освобождением энергии, равной полной энергии сталкивающихся частиц. Оказалось, что этот процесс происходит приемущественно после торможения позитрона в веществе, когда полная энергия 2-ух частиц равна их энергии покоя 1,022 МэВ. На опыте были зарегистрированы пары γ-квантов с энергией по 0,511 МэВ, разлетавшихся в прямо обратных направлениях от мишени, облучавшейся позитронами.

Необходимость появления при аннигиляции электрона и позитрона не 1-го, как минимум 2-ух γ-квантов вытекает из закона сохранения импульса. Суммарный импульс в системе центра тяжести позитрона и электрона до процесса перевоплощения равен нулю, однако если б при аннигиляции появлялся только один γ-квант, он бы уносил импульс, который не равен нулю в хоть какой системе отсчёта.

С 1951 г. понятно, что в неких бесформенных телах, жидкостях и газах позитрон после торможения в значимом числе случаев сходу не аннигилирует, а образует на куцее время связанную с электроном систему, получившую заглавие позитроний. Позитроний в смысле собственных хим параметров аналогичен атому водорода, потому что представляет собой систему, состоящую из единичных положительного и отрицательного электронных зарядов, и может вступать в хим реакции. Так как электрон и позитрон - различные частички, то в связанном состоянии с наинизшей энергией они могут находиться не только лишь с антипараллельными, да и с параллельными спинами. В первом случае полный спин позитрония s = 0, что соответствует парапозитронию, а во 2-м - s = 1, что соответствует ортопозитронию. Любопытно, что аннигиляция электрон-позитронной пары в составе ортопозитрония не может сопровождаться рождением 2-ух γ-квантов. Два γ-кванта уносят друг относительно друга механические моменты, равные 1, и могут составить полный момент, равный нулю, однако не единице. Потому аннигиляция в данном случае сопровождается испусканием трёх γ-квантов с суммарной энергией 1,022 МэВ. Образование ортопозитрония втрое более возможно, чем парапозитрония, потому что отношение статистических весов (2s+1) обоих состояний позитрония 3:1. Но даже в телах с огромным процентом (до 50 %) аннигиляции пары в связанном состоянии, т. е. после образования позитрония, в основном возникают два γ-кванта и только очень изредка три. Дело в том, что время жизни парапозитрония около 10-10 сек, а ортопозитрония - около 10-7 сек. Долгоживущий ортопозитроний, безпрерывно взаимодействующий с атомами среды, не успевает аннигилировать с испусканием трёх γ-квантов до этого, чем позитрон, вводящий в его состав, аннигилирует с сторонним электроном в состоянии с антипараллельными спинами и с испусканием 2-ух γ-квантов.

Возникающие при аннигиляции остановившегося позитрона два гамма-кванта несут энергию по 511 кэВ и разлетаются в строго обратных направлениях. Данный факт позволяет установить положение точки, в какой произошла аннигиляция, и употребляется в позитрон-эмиссионной томографии.

В 2007 экспериментально подтверждено существование связанной системы из 2-ух позитронов и 2-ух электронов (молекулярный позитроний). Такая молекула распадается ещё резвее, чем атомарный позитроний.

Позитроны в природе

Считается, что в 1-ые мгновения после Огромного Взрыва количество позитронов и электронов во Вселенной было приблизительно идиентично, но при остывании эта симметрия нарушилась. Пока температура Вселенной не понизилась до 1 МэВ, термические фотоны повсевременно поддерживали в веществе определённую концентрацию позитронов путём рождения электрон-позитронных пар (такие условия есть и на данный момент в недрах жарких звёзд). После остывания вещества Вселенной ниже порога рождения пар оставшиеся позитроны аннигилировали с излишком электронов.

В космосе позитроны появляются при содействии с веществом гамма-квантов и энергичных частиц галлактических лучей, также при распаде неких типов этих частиц (к примеру, положительных мюонов). Следовательно, часть первичных галлактических лучей составляют позитроны, потому что в отсутствие электронов они размеренны. В неких областях Галактики обнаружены аннигиляционные гамма-линии 511 кэВ, доказывающие присутствие позитронов.

В солнечном термоядерном pp-цикле (также в CNO-цикле) часть реакций сопровождается эмиссией позитрона, который немедля аннигилирует с одним из электронов окружения; следовательно, часть солнечной энергии выделяется в виде позитронов, и в ядре Солнца всегда находится некое их количество (в равновесии меж процессами образования и аннигиляции).

Некие природные радиоактивные ядра (первичные, радиогенные, космогенные) испытывают бета-распад с излучением позитронов. К примеру, часть распадов природного изотопа 40K происходит конкретно по этому каналу. Не считая того, гамма-кванты с энергией более 1,022 МэВ, возникающие при радиоактивных распадах, могут рождать электрон-позитронные пары.

При содействии электрического антинейтрино (с энергией больше 1,8 МэВ) и протона происходит реакция оборотного бета-распада с образованием позитрона. Такая реакция происходит в природе, так как существует поток антинейтрино с энергией выше порога оборотного бета-распада, возникающих, к примеру, при бета-распаде природных радиоактивных ядер.

Источник и Полезные ссылки:

  • Позитрон - Википедия
  • Все известные характеристики позитрона систематизированы в обзоре Particle Data Group (.pdf)
  • Климов А. Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. -М. Атомиздат, 1971.
  • Глядеть также:

  • Что такое антиматерия?
  • Что такое аннигиляция?
  • Источник материала Интернет-сайт www.genon.ru

    Rambler's Top100