Positron

Sorot depan berbentuk teori dan ramalan

Pada 1928, Paul Dirac menerbitkan kertas kerja yang mencadangkan bahawa elektron boleh memiliki cas positif dan negatif. Kertas kerja ini telah memperkenalkan persamaan Dirac, penyatuan mekanik kuantum, relativiti khas, dan konsep pusingan elektron (yang dahulunya konsep yang baru) untuk menjelaskan kesan Zeeman. Kertas kerja itu tidaklah menekankan kewujudan partikel baru, tetapi membenarkan elektron untuk memiliki tenaga positif dan negatif sebagai penyelesaian. Penyelesaian tenaga positif menjelaskan keputusan eksperimen, tetapi Dirac sendiri bingung dengan penyelesaian tenaga negatif yang sama benar yang dibenarkan model matematik tersebut. Mekanik kuantum tidak membenarkan penyelesaian tenaga negatif untuk diendahkan sepertimana yang dibenarkan oleh mekanik klasik, sebaliknya dua penyelesaian itu menyatakan bahawa ada kemungkinan elektron beralih di antara keadaan tenaga positif dan negatif. Namun, peralihan seperti ini tidak pernah diperhatikan melalui eksperimen. Dirac merujuk kepada konflik antara teori dan pemerhatian ini sebagai "kesulitan" yang belum "diselesaikan".
Dirac menulis satu kertas kerja sambungan pada Disember 1929 yang telah mencuba untuk menjelaskan penyelesaian tenaga negatif yang tidak dapat dielakkan untuk elektron relativistik. Dia mengatakan "... satu elektron dengan tenaga negatif bergerak di dalam medan [elektromagnet] luaran seolah-olah ia membawa cas positif". Dia juga mengatakan bahawa keseluruhan ruang boleh dianggap sebagai satu "lautan" keadaan tenaga negatif yang telah diisi, sehingga ia menghalang elektron daripada beralih daripada keadaan tenaga positif (cas negatif) dan keadaan tenaga negatif (cas positif). Kertas kerja ini juga meneroka kemungkinan proton menjadi sebuah "pulau" di dalam laut ini, dan ia berkemungkinan satu elektron bertenaga negatif. Dirac mengakui yang proton mempunyai jisim yang lebih banyak daripada elektron dan ini mendatangkan masalah terhadap jangkaan beliau, tetapi beliau "berharap" teori pada masa akan datang akan menyelesaikan isu ini.
Robert Oppenheimer telah menentang jangkaan Dirac yang menyatakan penyelesaian tenaga negatif elektron untuk persamaan Dirac ialah proton. Beliau menegaskan yang jika pernyataan ini benar, atom hidrogen pasti akan musnah dengan sendiri dengan pantas. Terdesak oleh hujah Oppenheimer, Dirac menerbitkan satu kertas kerja pada 1931 yang meramalkan kewujudan partikel yang masih belum ditemui pada masa itu, "anti-elektron" yang mempunyai jisim yang sama dengan elektron dan akan musnah habis apabila bertemu dengan elektron.

Penghasilan

Kajian baru telah meningkatkan jumlah positron yang boleh dihasilkan oleh para penguji kaji secara dramatik. Ahli fizik di Makmal Kebangsaan Lawrence Livermore di California menggunakan laser pendek dan amat kuat untuk menyahsinar sasaran emas satu milimiter tebal dan berjaya menghasilkan lebih 100 bilion positron.

Penggunaan

Sesetengah jenis eksperimen pemecut zarah melibatkan pelanggaran positron dan elektron pada kelajuan relativistik. Tenaga pelanggaran yang tinggi dan pemusnahhabisan mutlak jirim dan antijirim menghasilkan sejumlah besar partikel subatom pelbagai jenis. Ahli fizik mengkaji hasil pelanggaran ini untuk mengkaji ramalan teori dan mencari partikel jenis baru.
Sinar gama yang dilepaskan secara tidak langsung oleh radionuklid pemancar positron dikesan di dalam pengesan tomografi pancaran positron (PET) yang digunakan di hospital. Pengesan PET hasilkan gambar 3-dimensi terperinci tentang aktiviti metabolik di dalam badan manusia.
Peralatan dalam uji kaji yang dinamakan spektroskopi pemusnahhabisan positron (PAS) digunakan dalam kajian bahan-bahan untuk mengesan kepelbagaian kepadatan, kecacatan, kesalahletakan dan kelompongan di dalam satu objek pejal.