ポジトロニウム
ポジトロニウム、特に寿命の長いo-Psは、物質中に於いてさまざまな反応を起こすことが可能である。これは、o-Ps中の陽電子が、ポジトロニウムの自己消滅よりも物質中の電子との対消滅によって失われやすいことと、ポジトロニウム自体が不対電子一つを持ったフリーラジカルとして振舞うことに起因する。
ポジトロニウムは質量2meのきわめて軽い原子である。電子の換算質量が水素原子のほぼ半分であることにより、ボーア半径は水素原子の2倍の106pmであり、イオン化エネルギーは半分で6.8eVである。
ポジトロニウムには、それを構成する電子と陽電子のスピンの向きによってパラポジトロニウム(p-Ps)とオルトポジトロニウム(o-Ps)が存在し、それぞれ異なる性質を持つ。p-Psは電子と陽電子のスピンの向きが逆向きであり、スピン量子数はs=0である。o-Psはスピンの向きが揃っており、スピン量子数はs=1、磁場が無い状態ではm=-1,0,1の三つの状態が縮退しており、磁場があるとこの三つが別れる。p-Psとo-Psでは前者のほうがエネルギー状態が低いが、通常は無視できる程度の差(微細構造定数〜1/137)しかないため、生成比は状態数に比例して1:3となる。
真空中に於いて、p-Psの寿命は125ピコ秒であり、消滅して光子2つになる。一方、o-Psの寿命は142ナノ秒と比較的長く、消滅すると光子3つになる。物質中では後述する理由により寿命は短くなり、1〜10ナノ秒程度となる。
ポジトロニウム原子との間には、それぞれの持つ電子の間の交換相互作用により、斥力が働く。そのため物質中では原子間の間隙に存在し、空孔型欠陥があるとその中に捕捉される。場合によっては、ポジトロニウム自らが空孔を作り、その中に留まる。また、空孔のサイズが大きいほど寿命は長くなることが知られている。
ポジトロニウム (positronium) とは、電子と陽電子が電気的に束縛され対になった、一種の原子(エキゾチック原子)である。記号としてPsと記される。古典力学的な原子模型でいうと、電子と陽電子が共通重心を中心としてお互いを回っているということになる。物質中に陽電子を照射した場合、物質中の電子と陽電子は通常、対消滅してγ線を放出するが、絶縁体中ではかなりの割合で準安定状態としてポジトロニウムを形成する。