Positroniumhydrid

Positroniumhydrid oder Wasserstoffpositrid ist ein exotisches Molekül, das aus einem Wasserstoffatom besteht, das an ein exotisches Positroniumatom gebunden ist (d. h. eine Kombination aus einem Elektron und einem Positron). Seine Formel lautet PsH. Seine Existenz wurde 1951 von A. Ore vorausgesagt und anschließend theoretisch untersucht, aber erst 1990 beobachtet. R. Pareja und R. Gonzalez aus Madrid fingen Positronium in wasserstoffbeladenen Magnesiakristallen ein. Die Falle wurde von Yok Chen vom Oak Ridge National Laboratory vorbereitet. Bei diesem Experiment wurden die Positronen thermisiert, so dass sie sich nicht mit hoher Geschwindigkeit bewegten, und reagierten dann mit H-Ionen im Kristall. Im Jahr 1992 wurde es in einem Experiment von David M. Schrader und F.M. Jacobsen und anderen an der Universität Aarhus in Dänemark erzeugt. Die Forscher erzeugten die Positroniumhydrid-Moleküle, indem sie intensive Positronenstöße auf Methan abfeuerten, das die höchste Dichte an Wasserstoffatomen aufweist. Beim Abbremsen wurden die Positronen von gewöhnlichen Elektronen eingefangen und bildeten Positroniumatome, die dann mit Wasserstoffatomen aus dem Methan reagierten.

### Zerfall

PsH ist aus einem Proton, zwei Elektronen und einem Positron aufgebaut. Die Bindungsenergie beträgt 1,1±0,2 eV. Die Lebensdauer des Moleküls beträgt 0,65 Nanosekunden. Die Lebensdauer von Positroniumdeuterid ist nicht von der des Hydrids zu unterscheiden.

Der Zerfall von Positronium lässt sich leicht beobachten, indem man die beiden 511 keV-Gammastrahlen-Photonen nachweist, die beim Zerfall ausgesandt werden. Die Energie der Photonen von Positronium sollte sich durch die Bindungsenergie des Moleküls leicht unterscheiden. Dies ist jedoch noch nicht nachgewiesen worden.

### Eigenschaften

Die Struktur von PsH ist ein zweiatomiges Molekül mit einer chemischen Bindung zwischen den beiden positiv geladenen Zentren. Die Elektronen sind stärker um das Proton konzentriert. Die Vorhersage der Eigenschaften von PsH ist ein Vierkörper-Coulomb-Problem. Die mit der stochastischen Variationsmethode berechnete Größe des Moleküls ist größer als die von Diwasserstoff mit einer Bindungslänge von 0,7413 Å. In PsH sind Positron und Proton im Durchschnitt 3,66 a0 (1,94 Å) voneinander entfernt. Das Positronium im Molekül ist im Vergleich zum Positroniumatom vergrößert, und zwar auf 3,48 a0 im Vergleich zu 3 a0. Der durchschnittliche Abstand der Elektronen zum Proton ist mit 2,31 a0 größer als beim Diwasserstoffmolekül, wobei das Maximum der Dichte bei 2,8 au liegt.

### Formation

Aufgrund seiner kurzen Lebensdauer ist es schwierig, die Chemie des Positroniumhydrids zu bestimmen. Theoretische Berechnungen können vorhersagen, was passieren kann. Eine Methode zur Bildung ist die Reaktion von Alkalimetallhydriden mit Positronen. Es wird vorhergesagt, dass Moleküle mit Dipolmomenten von mehr als 1,625 Debye Positronen anziehen und in einem gebundenen Zustand halten. Das Modell von Crawford sagt diesen Positroneneinfang voraus. Bei Lithiumhydrid-, Natriumhydrid- und Kaliumhydrid-Molekülen zerfällt dieses Addukt jedoch und es bilden sich Positroniumhydrid und das positive Alkali-Ion.

### Quellen

* Englisches Wikipedia - Positronium hydride: https://en.wikipedia.org/wiki/Positronium\_hydride