Позитрон

Позитрон или антиелектрон  е античестичка или антиматерија пандан на електрон. Позитронот има електричен полнеж на +1 Е, на спин од ½ , и има иста маса како еден електрон. Кога нискоенергетски позитрон судира со нискоенергетски електрони, се јавува уништување, што резултира со производство на два или повеќе гама-зраци фотон (види електрон-позитрон уништување).

Позитроните може да бидат генерирани од страна на позитронска емисиона радиоактивното распаѓање (преку слабите интеракции и), или од страна на производствен пар од доволно енергичен фотон кој е во интеракција со атом на материјалот.

 Историја 
 Теорија 

Во 1928 година, Пол Дирак го објави   Електроните можат да имаат и позитивен полнеж и негативна енергија. Во овој труд се воведе Дирак равенка, за обединување на квантната механика, специјална релативност, и тогашниот нов концепт на електрони спин за да се објасни на Зиман ефект . Весникот не експлицитно се предвидуваат нова честичка, но оневозможија електроните да имаат позитивна или негативна енергија како решенија. Херман Weyl потоа објавен "Гравитација и Electron" (Зборникот на Националната академија на науките на Соединетите Американски Држави, том 15, број 4-15 април 1929 година, стр  ... 323-334) дискутирање на математички Импликациите од негативната енергија решение. Решение на позитивната енергија објасни експериментални резултати, но Дирак беше збунет од подеднакво валидни решение негативна енергија која математичкиот модел дозволено. Квантната механика не му дозволи на негативна енергија решение, едноставно да се игнорира, како и класичната механика често го правеше во овие равенки; двојна решение подразбира можноста на еден електрон спонтано скокање помеѓу позитивна и негативна енергија држави. Сепак, нема таква транзиција уште биле забележани експериментално. Тој се осврна на прашањата кои произлегуваат од овој конфликт меѓу теоријата и набљудување како "проблеми", кои беа "несигурни".

Дирак во труд објавен во декември 1929 година се обидел да го објасни неизбежно негативно- енергија решение за релативистички електрони . Тој тврдеше дека "... на електрони со негативна енергија се движи по надворешните [ електромагнетни ] поле како и покрај тоа носи позитивно полнење ." Понатаму, тој тврди дека сите на просторот може да се смета како "море" од негативната енергија на државите , кои се исполнети , со цел да се спречи електрони скокање помеѓу позитивната енергија држави ( негативен електричен полнеж ) и негативна енергија држави ( позитивен полнеж ). Весникот, исто така истражувал можноста за протон е еден остров во ова море , и дека тоа , всушност, може да биде негативна- енергетски електрони . Дирак призна дека протонските има многу поголема маса од електронот беше проблем, но изрази "надеж" дека во иднина теорија ќе се реши прашањето.

Роберт Опенхајмер силно се залагал против протонот биде решението негативна- енергетски електрони равенката Дирак е. Тој тврдеше дека ако беше, водородниот атом би брзо самоуништувачки. Убеден од аргументот на Опенхајмер , Дирак објави хартија во 1931 година , кој го предвиде постоењето на како-уште незабележано честичка која тој ги повика на "анти- електрон " кои ќе имаат иста маса како електронот и што би го уништиле меѓусебно по контакт со електрони.

Фајнман, а почетокот на Stueckelberg, предложи толкување на позитрон како електронот се движи назад во времето, реинтерпретира негативна-енергетски решенија на Дирак равенка. Електрони кои се движат назад во времето ќе има позитивен електричен полнеж. Вилер повикана овој концепт за да се објасни на идентични својства кои ги споделуваат сите електрони, што укажува дека ", тие се сите исти електрон" со сложена, само-пресечни . worldline  Yoichiro Намбу подоцна се примени на сите производството и уништување на честички-античестичка парови, наведувајќи дека "евентуалното создавање и уништување на парови кои можат да настанат сега и тогаш не е создавање или уништување, но само една промена во насоката на движење на честички, од минатото кон иднината, или од иднината на минатото ". На назад во времето гледна точка е во денешно време се прифатени како целосно еквивалентни на други слики, но тоа не го прави тоа нешто да се прави со макроскопски поглед "причина" и "ефект", кои не се појавуваат во микроскопски физичкиот опис.

 Експериментални докази и откривање 

Dmitri Skobeltsyn first observed the positron in 1929. While using a Wilson cloud chamber да се обиде да открие гама-зрачење во космички зраци е, Skobeltsyn откриени честички кои дејствувале како електроните но свиткани во спротивна насока во применуваат магнетно поле.

Исто така, во 1929 година Чунг- Јао Чао , дипломиран студент на Калтек , забележав некои неправилни резултати , кои покажуваат честички се однесуваат како електроните, но со позитивен полнеж , иако резултатите беа неубедливи и феноменот не беше се изведува.

Карл Дејвид Андерсон го открил позитронот на 2 август 1932 година, за што ја добил Нобеловата награда за физика во 1936 година. Андерсон не се послужиме со терминот позитрон , но тоа е дозволено само на предлог на списание уредник [] [ Physical Review ] на која тој ја поднесе својата откритие хартија во крајот на 1932 година позитрон беше првиот доказ за [[ антиматерија ] ] и бил откриен кога Андерсон дозволено космичките зраци да помине низ облак комора и водство плоча. А магнет опкружен овој апарат , предизвикувајќи честички да се наведнуваат во различни насоки врз основа на нивниот електричен полнеж. Јон патека на левата страна на секоја позитрон појави на фотографска плоча со искривување појавување на сооднос маса -на- наплаќаат на еден електрон , но во насока која ја покажа својата задолжен беше позитивен.

Андерсон напиша во ретроспектива дека позитрон можеле да бидат откриени претходно врз основа на работата на Јао Чунг- Чао , само ако тоа се следи. FrédéricиIrène Joliot-Curie во Париз имале докази за позитрони во старите фотографии кога резултатите на Андерсон излезе, но тие ги отфрли како протони.

Природно производство

Позитрони се продуцираат и во β+ се распаѓа на природни радиоактивни изотопи (на пример, калиум-40 ) и во димензија на гама кванти (испуштени од радиоактивни јадра) со материјата. Antineutrino е се друг вид на античестичка создадена од природен радиоактивност (β− decay). Многу различни видови на античестички се произведени од страна на , исто така, ( а се содржани во ) космичките зраци . Актуелни ( од јануари 2011) истражувања од страна на Американското астрономско друштво  откри антиматерија ( позитрони ) со потекло погоре Грмотевици облаците; позитрони се произведуваат во гама-зраци трепка создадена од електрони забрза со силни електрични полиња во облаците. Antiprotons have also been found to exist in the Van Allen Belts around the Earth by the PAMELA module.

Античестички , од кои најчести се позитрони поради ниските нивната маса, исто така, се произведени во било која средина со доволно висока температура (значи енергетски честички поголема од пар производство праг) . Во периодот на baryogenesis , кога универзумот бил исклучително топла и густа, материјата и антиматеријата беа постојано произведуваат и уништени. Присуство на останатите материја , како и отсуство на забележливи преостанатите антиматерија, познат и како baryon asymmetry, се припишува наCP-violation: повреда на CP- симетрија во однос прашањето на антиматерија. Точниот механизам на оваа повреда за време baryogenesis останува мистерија.

Производство позитрони од радиоактивен  бета распаѓање, може да се смета како вештачки и природни производство, како генерација на радиоизотопот може да биде природен или вештачки. Можеби најпознат природно-случуваат радиоизотоп која произведува позитрони е калиум-40 , а долгата изотоп на калиумот кој се јавува како исконска изотоп на калиум, и иако мал процент на калиум, ( 0,0117 %) е единствениот најзастапен радиоизотоп во човечкото тело . Во човечкото тело од 70 кг маса , околу 4.400 јадра40K распад во секунда. The activity of natural potassium is 31 Bq/g. About 0.001% of these 40K decays produce about 4000 natural positrons per day in the human body. Овие позитрони наскоро да се најде еден електрон , подложат уништување, и произведува парови на 511 keV гама-зраци, во процес сличен (но многу помал интензитет) на она што се случува за време на PET scan јадрена медицина постапка .

 Набљудување на космичките зраци 

Сателитски експерименти пронашле докази за позитрони (како и неколку antiprotons ) во основните космички зраци , во износ од помалку од 1% од честичките во основните космички зраци. Тие не се чини дека се на производи на големо количество на антиматерија од Биг Бенг , или навистина сложен антиматерија во вселената ( докази за кои е недостаток, види подолу). Наместо тоа, на антиматерија во космичките зраци се појави да биде составена само од овие две елементарни честички, најверојатно направени во енергетски процеси долго по Големата експлозија.

Прелиминарните резултати од моментот работат Алфа Магнетни спектрометар ( AMS -02 ) на одборот на Меѓународната вселенска станица  покажуваат дека позитрони во космичките зраци пристигнат без насочување, и со енергии кои се движат од 10 GeV на 250 GeV . Во септември 2014 година, новите резултати со речиси двојно повеќе податоци беа презентирани во говор во ЦЕРН и објавени во Physical Review Letters .  Беше објавено ново мерење на позитрон дел до 500 GeV , покажувајќи дека врвови позитрон дел на максимум од околу 16 % од вкупниот број на електрони + позитрон настани, околу енергија од 275 ± 32 GeV . На повисоки енергии, до 500 GeV , односот на позитрони да електрони почнува да падне повторно. Апсолутната флукс на позитрони , исто така почнува да паѓа пред 500 GeV , но врвови на енергии далеку повисока од електрони енергии, кои шпицот околу 10 GeV . Овие резултати на толкување се предложи да се должи на производство позитрон во уништувањето на масовни настани темна материја честички.

Позитрони, како анти- протони, се чини дека не потекнуваат од било хипотетички " антиматерија " региони на вселената. Напротив, не постои доказ на сложени антиматерија атомски јадра, како што се antihelium јадра (на пример, анти- алфа-честички ), во космичките зраци. Тие се активно се бара. Прототипот на  AMS -02  назначени  AMS -01  , беше пренесен во вселената на бродот на  на СТС- 91 во јуни 1998 година Со тоа што не откривање на било antihelium на сите, на  AMS -01  основана на горната граница од 1,1 × 10 <sup> -6 </ sup> за antihelium во хелиум флукс рацио.

 Вештачко производство 

Новото истражување драматично се зголеми количеството на позитрони experimentalists дека може да произведе. Физичарите во Лоренс Ливермор Националната лабораторија  во Калифорнија се користи кратко , ултраинтензивна ласерски да изложи на зрачење цел злато милиметарски дебела и се произведуваат повеќе од 100 милијарди позитрони.

Апликации
Одредени видови на акцелератор на честички експерименти вклучуваат судирање позитрони и електроните во релативистички брзини. Висока енергија влијанието и взаемно уништување на овие материјата / антиматеријата спротивностите се создаде извор на различни субатомски честички. Физичари учат на резултатите од овие судири да ги тестираат теоретските предвидувања и да бара нови видови на честички.

Гама-зраци, испуштаат индиректно позитрон емитирачки радионуклид ( трагач ), се откриени во позитронска емисиона томографија  (ПЕТ) скенери користи во болниците . ПЕТ скенерите создаде детална три-димензионални слики на метаболичка активност во рамките на човечкото тело.

Експериментална алатка наречена позитрон уништување спектроскопија  (PAS ) се користи во материјали за истражување за откривање на варијациите во густината , дефекти, преместувања, или дури и празнини, во рок од цврст материјал.

 Наводи 
 Белешки 

 Наводи 

 Надворешни врски 

Категорија:Антиматерија
Категорија:Елементарни честички
Категорија:Лептони
Категорија:Електрон
Категорија:Квантна електродинамика
Категорија:Зборови што ги нема во ТРМЈ