Позитрон | это... Что такое Позитрон? (original) (raw)

Позитро́н (от англ. positive — положительный) — античастица электрона. Относится к антивеществу, имеет электрический заряд +1, спин 1/2, лептонный заряд −1 и массу, равную массе электрона. При аннигиляции позитрона с электроном их масса превращается в энергию в форме двух (и гораздо реже — трёх и более) гамма-квантов.

Позитроны возникают в одном из видов радиоактивного распада (позитронная эмиссия), а также при взаимодействии фотонов с энергией больше 1,022 МэВ с веществом. Последний процесс называется «рождением пар», ибо при его осуществлении фотон, взаимодействуя с электромагнитным полем ядра, образует одновременно электрон и позитрон. Также позитроны способны возникать в процессах рождения электрон-позитронных пар в сильном электрическом поле.

Открытие

Существование позитрона впервые было предположено в 1928[1] Полем Дираком. Теория Дирака описывала не только электрон с отрицательным электрическим зарядом, но и аналогичную частицу с положительным зарядом. Отсутствие такой частицы в природе рассматривалось как указание на «лишние решения» уравнений Дирака. Зато открытие позитрона явилось триумфом теории.

В соответствии с теорией Дирака электрон и позитрон могут рождаться парой, и на этот процесс должна быть затрачена энергия, равная энергии покоя этих частиц, 2×0,511 МэВ. Поскольку были известны естественные радиоактивные вещества, испускавшие γ-кванты с энергией больше 1 МэВ, представлялось возможным получить позитроны в лаборатории, что и было сделано. Экспериментальное сравнение свойств позитронов и электронов показало, что все физические характеристики этих частиц, кроме знака электрического заряда, совпадают.[2]

Позитрон был открыт в 1932 г. американским физиком Андерсоном при наблюдении космического излучения с помощью камеры Вильсона, помещённой в магнитное поле. Название «позитрон» придумал сам Андерсон. Интересно, что Андерсон также предлагал, правда безуспешно, переименовать электроны в «негатроны». Он сфотографировал следы частиц, которые очень напоминали следы электронов, но имели изгиб под действием магнитного поля, противоположный следам электронов, что свидетельствовало о положительном электрическом заряде обнаруженных частиц. Вскоре после этого открытия, также с помощью камеры Вильсона, были получены фотографии, проливавшие свет на происхождение позитронов: под действием γ-квантов вторичного космического излучения позитроны рождались в парах с обычными электронами. Такие свойства вновь открытой частицы оказались в поразительном согласии с уже имевшейся релятивистской теорией электрона Дирака. В 1934 г. Ирен и Фредерик Жолио-Кюри во Франции открыли ещё один источник позитронов — β+-радиоактивность.

Позитрон оказался первой открытой античастицей. Существование античастицы электрона и соответствие суммарных свойств двух античастиц выводам теории Дирака, которая могла быть обобщена на другие частицы, указывало на возможность парной природы всех элементарных частиц и ориентировало последующие физические исследования. Такая ориентация оказалась необычайно плодотворной, и в настоящее время парная природа элементарных частиц является точно установленным законом природы, обоснованным большим числом экспериментальных фактов.

Аннигиляция

Из теории Дирака следует, что электрон и позитрон при столкновении должны аннигилировать с освобождением энергии, равной полной энергии сталкивающихся частиц. Оказалось, что этот процесс происходит главным образом после торможения позитрона в веществе, когда полная энергия двух частиц равна их энергии покоя 1,022 МэВ. На опыте были зарегистрированы пары γ-квантов с энергией по 0,511 МэВ, разлетавшихся в прямо противоположных направлениях от мишени, облучавшейся позитронами. Необходимость возникновения при аннигиляции электрона и позитрона не одного, а как минимум двух γ-квантов вытекает из закона сохранения импульса. Суммарный импульс в системе центра масс позитрона и электрона до процесса превращения равен нулю, но если бы при аннигиляции возникал только один γ-квант, он бы уносил импульс, который не равен нулю в любой системе отсчёта.

С 1951 г. известно, что в некоторых аморфных телах, жидкостях и газах позитрон после торможения в значительном числе случаев сразу не аннигилирует, а образует на короткое время связанную с электроном систему, получившую название позитроний. Позитроний в смысле своих химических свойств аналогичен атому водорода, так как представляет собой систему, состоящую из единичных положительного и отрицательного электрических зарядов, и может вступать в химические реакции. Поскольку электрон и позитрон — разные частицы, то в связанном состоянии с наинизшей энергией они могут находиться не только с антипараллельными, но и с параллельными спинами. В первом случае полный спин позитрония s = 0, что соответствует парапозитронию, а во втором — s = 1, что соответствует ортопозитронию. Интересно, что аннигиляция электрон-позитронной пары в составе ортопозитрония не может сопровождаться рождением двух γ-квантов. Два γ-кванта уносят друг относительно друга механические моменты, равные 1, и могут составить полный момент, равный нулю, но не единице. Поэтому аннигиляция в этом случае сопровождается испусканием трёх γ-квантов с суммарной энергией 1,022 МэВ. Образование ортопозитрония в три раза более вероятно, чем парапозитрония, так как отношение статистических весов (2_s_+1) обоих состояний позитрония 3:1. Однако даже в телах с большим процентом (до 50 %) аннигиляции пары в связанном состоянии, то есть после образования позитрония, преимущественно появляются два γ-кванта и лишь очень редко три. Дело в том, что время жизни парапозитрония около 10−10 с, а ортопозитрония — около 10−7 с. Долгоживущий ортопозитроний, непрерывно взаимодействующий с атомами среды, не успевает аннигилировать с испусканием трёх γ-квантов прежде, чем позитрон, входящий в его состав, аннигилирует с посторонним электроном в состоянии с антипараллельными спинами и с испусканием двух γ-квантов.

Возникающие при аннигиляции остановившегося позитрона два гамма-кванта несут энергию по 511 кэВ и разлетаются в строго противоположных направлениях. Этот факт позволяет установить положение точки, в которой произошла аннигиляция, и используется в позитрон-эмиссионной томографии.

В 2007 экспериментально доказано существование связанной системы из двух позитронов и двух электронов (молекулярный позитроний). Такая молекула распадается ещё быстрее, чем атомарный позитроний.

Позитроны в природе

Считается, что в первые мгновения после Большого Взрыва количество позитронов и электронов во Вселенной было примерно одинаково, однако при остывании эта симметрия нарушилась. Пока температура Вселенной не понизилась до 1 МэВ, тепловые фотоны постоянно поддерживали в веществе определённую концентрацию позитронов путём рождения электрон-позитронных пар (такие условия существуют и сейчас в недрах горячих звёзд). После охлаждения вещества Вселенной ниже порога рождения пар оставшиеся позитроны аннигилировали с избытком электронов.

В космосе позитроны рождаются при взаимодействии с веществом гамма-квантов и энергичных частиц космических лучей, а также при распаде некоторых типов этих частиц (например, положительных мюонов). Таким образом, часть первичных космических лучей составляют позитроны, так как в отсутствие электронов они стабильны. В некоторых областях Галактики обнаружены аннигиляционные гамма-линии 511 кэВ, доказывающие присутствие позитронов.

В солнечном термоядерном pp-цикле (а также в CNO-цикле) часть реакций сопровождается эмиссией позитрона, который немедленно аннигилирует с одним из электронов окружения; таким образом, часть солнечной энергии выделяется в виде позитронов, и в ядре Солнца всегда присутствует некоторое их количество (в равновесии между процессами образования и аннигиляции).

Некоторые природные радиоактивные ядра (первичные, радиогенные, космогенные) испытывают бета-распад с излучением позитронов. Например, часть распадов природного изотопа 40K происходит именно по этому каналу. Кроме того, гамма-кванты с энергией более 1,022 МэВ, возникающие при радиоактивных распадах, могут рождать электрон-позитронные пары.

При взаимодействии электронного антинейтрино (с энергией больше 1,8 МэВ) и протона происходит реакция обратного бета-распада с образованием позитрона: Такая реакция происходит в природе, поскольку существует поток антинейтрино с энергией выше порога обратного бета-распада, возникающих, например, при бета-распаде природных радиоактивных ядер.

Литература

• Все известные свойства позитрона систематизированы в обзоре Particle Data Group [1].
• Климов А. Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. М. Атомиздат, 1971.

Примечания

1. ↑ 6.9. Элементарные частицы
2. ↑ В действительности есть малые различия в других физических характеристиках, например, в массе.

См. также

• Электрон
• Позитроний
• Антивещество

| | Квантовая электродинамика | п·Электрон | Позитрон | Фотон Аномальный магнитный момент Позитроний | | ----------------------------------------- | ----------------------------------- | ------------------------------------------------------------------------ |

Частицы в физике

Категории:

• Квантовая электродинамика
• Элементарные частицы
• Антивещество
• Лептоны

Wikimedia Foundation.2010.

Игры ⚽ Нужна курсовая?

Синонимы:

античастица, антиэлектрон, частица

• Галковский, Дмитрий Евгеньевич
• Старовойтова, Галина Васильевна

Полезное

Смотреть что такое "Позитрон" в других словарях:

• позитрон — позитрон … Орфографический словарь-справочник
• ПОЗИТРОН — (e+), элементарная частица, входящая в класс лептонов; античастица по отношению к электрону массы их равны, а заряды равны и противоположны по знаку. Свободный позитрон стабилен, но в веществе существует короткое время (в свинце 5?10 11 с) из за… … Современная энциклопедия
• Позитрон — (e+), элементарная частица, входящая в класс лептонов; античастица по отношению к электрону массы их равны, а заряды равны и противоположны по знаку. Свободный позитрон стабилен, но в веществе существует короткое время (в свинце 5´10 11 с) из за… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
• ПОЗИТРОН — (от лат. positivus положительный и ...трон) (е+) античастица электрона. Позитрон стабилен, но в веществе из за аннигиляции с электронами (е?) существует очень короткое время. Позитроны образуются в процессах рождения пар е+ е? гамма квантами, при … Большой Энциклопедический словарь
• ПОЗИТРОН — (е+ ) (от лат. posi(tivus) положительный и (элек)трон), элементарная частица с положит. электрич. зарядом, античастица по отношению к эл ну (е ). Массы (mе) и спины (J) П. и эл на равны, а их электрич. заряды (е) и магн. моменты (mе) равны по абс … Физическая энциклопедия
• позитрон — антиэлектрон Словарь русских синонимов. позитрон сущ., кол во синонимов: 3 • античастица (3) • … Словарь синонимов
• «Позитрон» — (улица Курчатова, 10), научно производственное объединение. Создано в 1969. Выпускает конденсаторы различных типов, сложную электронную бытовую технику, в том числе цветные малогабаритные телевизоры и кассетные магнитофоны, другие товары… … Энциклопедический справочник «Санкт-Петербург»
• ПОЗИТРОН — ПОЗИТРОН, АНТИЧАСТИЦА ЭЛЕКТРОНА, т. е. идентичная электрону, но имеющая положительный, а не отрицательный, заряд. Исходя из теории электрона, сформулированной Полем ДИРАКОМ в 1928 г., должна была существовать частица, зеркально противоположная… … Научно-технический энциклопедический словарь
• ПОЗИТРОН — ПОЗИТРОН, позитрона, муж. (от слов позитивный и электрон) (физ.). Положительный электрон. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова
• ПОЗИТРОН — ПОЗИТРОН, а, муж. (спец.). Элементарная частица с положительным зарядом, с массой, равной массе электрона. | прил. позитронный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова

18+

© Академик, 2000-2024

• Обратная связь:Техподдержка,Реклама на сайте

• 👣 Путешествия

Экспорт словарей на сайты, сделанные на PHP,

Joomla,

Drupal,

WordPress, MODx.

• Пометить текст и поделиться
• Искать во всех словарях
• Искать в переводах
• Искать в Интернете

Поделиться ссылкой на выделенное