Positroni

Positroni on elektronin antihiukkanen eli antimateriaa. Positronin massa ja spin ovat yhtä suuret kuin elektronilla, mutta sen sähkövaraus päinvastainen, +1 e.

Positroni voi syntyä parinmuodostumiseksi kutsutussa prosessissa, jossa fotonien osuessa aineeseen yli 1,022 MeV:n energialla muodostuu positroni ja elektroni. Käänteisessä prosessissa, parintuhossa, positroni kohtaa elektronin jolloin molemmat häviävät ja vapautuu 1,022 MeV energiaa gammasäteilynä. Tapahtuu siis annihilaatio.

Positroneja syntyy myös positroniemissiossa, joka on eräs beetasäteilyn muoto. Siinä protoni muuttuu heikon vuorovaikutuksen vaikutuksesta neutroniksi, positroniksi ja elektronin neutriinoksi.

Tutkimuksen historia 
Positronin olemassaoloa esitti Paul Dirac vuonna 1928. Hän johti Wolfgang Paulin työn pohjalta elektronia kuvaavan Diracin yhtälön. Tämä sai hänet ennustamaan elektronin antihiukkasen olemassaolon, jonka hän selitti tyhjiön täyttävän negatiivisen energian merellä (niin sanottu Diracin meri).

Neljä vuotta myöhemmin Carl David Anderson havaitsi näitä antimateriahiukkasia ensimmäisen kerran avaruudesta maahan säteileviä hiukkasia tutkiessaan ja antoi niille nimen positron. Hän käytti hiukkasten havaitsemiseen sumukammiota, joka oli täytetty superjäähdytetyllä höyryllä. Kun varattu hiukkanen lävistää tällaisen kammion, syntyy hiukkasen kulkureitille silminhavaittavia nestetippoja.

Käyttö

Hiukkasfysiikka 
Hiukkasfysiikan tutkimuksessa positroneita on käytetty tietynlaisissa hiukkaskiihdyttimissä, joissa ne törmäytetään elektroneihin relativistisilla nopeuksilla. Tällaisessa hiukkas-antihiukkas-törmäyksessä hiukkanen ja sen antihiukkanen annihiloituvat ja niiden energia muuttuu toisiksi hiukkasiksi. Tähän perustui muun muassa vuosina 1989–2001 toimineen LEP-törmäyttimen toiminta.

Lääketiede 

Lääketieteessä positroneja käytetään positroniemissiotomografiassa (PET), jolla voidaan kuvantaa kehon eri elimiä. Menetelmässä potilaalle annetaan radioaktiivista ainetta, joka hakeutuu elimistössä tiettyihin kohtiin, esimerkiksi syöpäpesäkkeisiin. Radionuklidit hajoavat tietyllä nopeudella elimistössä emittoiden positroneja, jotka annihiloituvat elimistön elektronien kanssa. Vapautunut gammasäteily havaitaan kehon ulkopuolelle asetetulla ilmaisimella.

Materiaalitutkimus 
Positroneita käytetään myös materiaalitutkimuksessa positroniannihilaatiospektroskopiassa (PAS). Positroniannihilaatiospektroskopialla voidaan tutkia aineen paikallista atomirakennetta, erityisesti kiteiden hilavirheitä.

Katso myös 
Beetahajoaminen
Luettelo hiukkasista
Protoni

Lähteet

Viitteet

Aiheesta muualla 

Antimateria
Leptonit
Seulonnan keskeiset artikkelit