Википедија

Pozitron

Pozitron je antičestica elektrona: ima naelektrisanje +1, spin 1/2, i masu jednaku masi elektrona. Kada se niskoenergijski pozitron sudari sa niskoenergijskim elektronom dolazi do njihove anihilacije pri čemu nastaju dva gama fotona.

Pozitron (antielektron)
Fotografija maglene komore koju je napravio K. D. Anderson na kojoj je prvi put identifikovan pozitron. Olovna ploča od 6 mm razdvaja komoru. Otklon i pravac jonskog traga čestice ukazuju na to da je čestica pozitron.
KompozicijaElementarna čestica
StatistikeFermioni
GeneracijaPrva
InterakcijeGravitacija, Elektromagnetizam, Slaba interakcija
Simbole+, β+
AntičesticaElektron
TeorijePol Dirak (1928)
OtkrivenKarl Dejvid Anderson (1932)
Masame

9,10938356(11)×10−31 kg[1]
5,485799090(16)×10−4 u[1]

0,5109989461(13) MeV/c2[1]
Srednji poluživotstabilan (isto kao elektron)
Naelektrisanje+1 e
+1,602176565(35)×10−19 C[1]
Spin1/2 (isto kao elektron)
Slabi izospinLH: 0, RH: 1/2
Antimaterija
Pregled
Anihilacija
Uređaji
Antičestice
Upotreba
Organizacije
Ljudi
edit

Pozitron emituju neka nestabilna jezgra tokom radioaktivnog raspada. Može nastati i u sudaru visokoenergijskog fotona čija je energija veća od 2mec2 = 2×0,511 MeV = 1,022 MeV (gde je me masa elektrona a c brzina svetlosti u vakuumu)sa naelektrisanom česticom, recimo atomskim jezgrom. Ovaj proces se naziva stvaranje parova jer u njemu nastaje par pozitron-elektron. Postojanje pozitrona prvi je postulirao Pol Dirak 1928. godine. Pozitron je eksperimentalno detektovao Karl Anderson 1932. godine koji mu je i dao ime. Pozitron je prva detektovana čestica antimaterije. Danas se pozitroni rutinski proizvode u pozitron emisionoj tomografiji koja se koristi za dijagnostiku u medicini i u fizičkim laboratorijama u eksperimentima sa elektron-pozitron sudaračima.

Pozitron
Klasifikacija
Elementarna čestica
Fermion
Lepton
Osobine
Naelektrisanje e =

1,602 176 462(63)·10-19 C

Masa mirovanja 5,485 799 110(12)·10-4 u =

9,109 381 88(72)·10-31 kg

energija mase mirovanja 0,510 998 902(21) MeV =

8,187 104 14(64)·10-14 J

magnetni moment -928,476 362(37)·10-26 J T-1
Spin 1/2
g-faktor 2,002 319 304 3718(75)
Vreme života stabilan (u apsolutnom vakuumu)

Istorija uredi

Teorija uredi

Godine 1928, Pol Dirak je objavio rad[2] u kojem predlaže da elektroni mogu imati i pozitivno i negativno naelektrisanje. Ovaj rad je predstavio Dirakovu jednačinu, objedinjavanje kvantne mehanike, specijalne relativnosti i tada novi koncept spina elektrona da bi objasnio Zemanov efekat. Taj rad nije eksplicitno predvideo novu česticu, ali je dozvolio da elektroni imaju pozitivnu ili negativnu energiju kao rešenja. Herman Vajl je zatim objavio rad u kome se raspravljalo o matematičkim implikacijama rešenja negativne energije.[3] Rešenje sa pozitivnom energijom objasnilo je eksperimentalne rezultate, ali je Dirak bio zaintrigiran jednako važećim rešenjem negativne energije koje je matematički model dozvoljavao. Kvantna mehanika nije dozvolila da se rešenje negativne energije jednostavno zanemari, kao što je klasična mehanika često radila u takvim jednačinama; dualno rešenje je podrazumevalo mogućnost da elektron spontano skače između pozitivnih i negativnih energetskih stanja. Međutim, takva tranzicija još uvek nije bila primećena eksperimentalno.

Dirak je napisao prateći rad u decembru 1929. godine[4] koji je pokušao da objasni neizbežno rešenje negativne energije za relativistički elektron. On je tvrdio da se „... elektron sa negativnom energijom kreće u spoljašnjem [elektromagnetnom] polju kao da nosi pozitivno naelektrisanje“.

Robert Openhajmer se snažno zalagao protiv toga da je proton rešenje za elektron negativne energije za Diracovu jednačinu. On je tvrdio da ako bi to bio slučaj, atom vodonika bi se brzo samouništavao.[5] Ubeđen Openhajmerovim argumentom, Dirak je 1931. objavio rad koji predviđa postojanje još nezapažene čestice koju je nazvao „anti-elektron“ koja bi imala istu masu i suprotan naboj od elektrona, i da bi se ona poništavala pri kontaktu sa elektronom.[6]

Fejnman, i ranije Štjukelberg, predložili su tumačenje pozitrona kao elektrona koji se kreće unazad u vremenu,[7] reinterpretirajući rešenja Dirakove jednačine negativne energije. Elektroni koji se kreću unazad u vremenu imali bi pozitivan električni naboj. Viler se pozvao na ovaj koncept da objasni identična svojstva koja dele svi elektroni, sugerišući da su „svi oni isti elektron“ sa složenom svetskom linijom koja se samopreseca.[8] Joičiro Nambu je kasnije to primenio na svu produkciju i anihilaciju parova čestica-antičestica, navodeći da „eventualno stvaranje i uništenje parova koje se može desiti s vremena na vreme nije nikakvo stvaranje ili anihilacija, već samo promena smera pokretnih čestica, od prošlost u budućnost, ili iz budućnosti u prošlost.“[9] Vremensko gledište unazad se danas prihvata kao potpuno ekvivalentno drugim slikama, ali nema nikakve veze sa makroskopskim terminima „uzrok“ i „efekat“, koji se ne javljaju u mikroskopskom fizičkom opisu.

Eksperimentalni tragovi i otkriće uredi

 
Vilsonove maglene komore su nekada bile veoma važni detektori čestica u ranim danima fizike čestica. Korišćeni su u otkrivanju pozitrona, miona i kaona.

Nekoliko izvora tvrdi da je Dmitrij Skobelcin prvi put posmatrao pozitron mnogo pre 1930. godine,[10] ili čak 1923. godine.[11] Oni navode da dok je koristio Vilsonovu maglenu komoru[12] u cilju proučavanja Komptonovog efekta, Skobelcin je otkrio čestice koje su delovale kao elektroni, ali su se savijale u suprotnom smeru u primenjenom magnetnom polju, i da je predstavio fotografije sa ovim fenomenom na konferenciji u Kembridžu, 23-27. jula 1928. U svojoj knjizi[13] o istoriji otkrića pozitrona iz 1963. godine, Norvud Rasel Hanson je dao detaljan prikaz razloga za ovu tvrdnju, a odatle je možda i proistekao mit. On je isto tako naveo Skobelcijeov prigovor na to u apendiksu.[14] Kasnije je Skobelcin još snažnije odbacio ovu tvrdnju, nazivajući je „ništa osim čiste besmislice“.[15]

Skobelcin je otvorio put konačnom otkriću pozitrona sa dva važna doprinosa: dodavanjem magnetnog polja u svoju maglenu komoru (1925[16]) i otkrivanjem naelektrisanih čestica kosmičkih zraka,[17] za šta mu je priznata zasluga u Nobelovom predavanju Karla Andersona.[18] Skobelcin je primetio verovatne tragove pozitrona na slikama snimljenim 1931,[19] ali ih u to vreme nije identifikovao kao takve.

Slično tome, 1929. Čung-Jao Čao, postdiplomac na Kaltehu, primetio je neke anomalne rezultate koji su ukazivali da se čestice ponašaju kao elektroni, ali sa pozitivnim nabojem, mada su rezultati bili neubedljivi i fenomen nije bio dalje razmatran.[20]

Karl Dejvid Anderson je otkrio pozitron 2. avgusta 1932,[21] za šta je dobio Nobelovu nagradu za fiziku 1936. godine.[22] Anderson nije skovao termin pozitron, ali je podržao predlog urednika časopisa Physical Review kome je podneo svoj rad o otkriću krajem 1932. Pozitron je bio prvi dokaz antimaterije i otkriven je kada je Anderson dozvolio kosmičkim zracima da prođu kroz maglenu komoru i olovnu ploču. Magnet je okruživao ovaj aparat, uzrokujući da se čestice savijaju u različitim pravcima na osnovu njihovog električnog naboja. Jonski trag koji je ostavio svaki pozitron pojavio se na fotografskoj ploči sa zakrivljenošću koja odgovara odnosu mase i naelektrisanja elektrona, ali u pravcu koji je pokazao da je njegovo naelektrisanje pozitivno.[23]

Anderson je retrospektivno napisao da je pozitron mogao biti otkriven ranije na osnovu dela Čung-Jao Čaoa, samo da je bio praćen.[20] Frederik i Irena Žolio-Kiri u Parizu imali su dokaze o pozitronima na starim fotografijama kada su Andersonovi rezultati izašli, ali su ih odbacili kao protone.[23]

Pozitron su takođe istovremeno otkrili Patrik Bleket i Đuzepe Okijalini u laboratoriji Kevendiš 1932. Bleket i Okijalini su odložili objavljivanje da bi dobili čvršće dokaze, tako da je Anderson uspeo da prvi objavi otkriće.[24]

Vidi još uredi

Reference uredi

  1. ^ a b v g The original source for CODATA is:
    Mohr, P. J.; Taylor, B. N.; Newell, D. B. (2008). „CODATA recommended values of the fundamental physical constants”. Reviews of Modern Physics. 80 (2): 633—730. Bibcode:2008RvMP...80..633M. CiteSeerX 10.1.1.150.1225  . arXiv:0801.0028  . doi:10.1103/RevModPhys.80.633. 
    Individual physical constants from the CODATA are available at:
    „The NIST Reference on Constants, Units and Uncertainty”. National Institute of Standards and Technology. Pristupljeno 24. 10. 2013. 
  2. ^ Dirac, P. A. M. (1928). „The quantum theory of the electron”. Proceedings of the Royal Society A. 117 (778): 610—624. Bibcode:1928RSPSA.117..610D. doi:10.1098/rspa.1928.0023  . 
  3. ^ Weyl, H. (1929). „Gravitation and the Electron”. PNAS. 15 (4): 323—334. Bibcode:1929PNAS...15..323W. PMC 522457  . PMID 16587474. doi:10.1073/pnas.15.4.323  . 
  4. ^ Dirac, P. A. M. (1930). „A theory of electrons and protons”. Proceedings of the Royal Society A. 126 (801): 360—365. Bibcode:1930RSPSA.126..360D. doi:10.1098/rspa.1930.0013  . 
  5. ^ Close, F. (2009). Antimatter. Oxford University Press. str. 46. ISBN 978-0-19-955016-6. 
  6. ^ Dirac, P. A. M. (1931). „Quantised Singularities in the Quantum Field”. Proceedings of the Royal Society A. 133 (821): 60—72. Bibcode:1931RSPSA.133...60D. doi:10.1098/rspa.1931.0130  . 
  7. ^ Feynman, R. (1949). „The theory of positrons”. Physical Review. 76 (6): 749—759. Bibcode:1949PhRv...76..749F. doi:10.1103/PhysRev.76.749. 
  8. ^ Feynman, R. (11. 12. 1965). The Development of the Space-Time View of Quantum Electrodynamics (Govor). Nobel Lecture. Pristupljeno 2. 1. 2007. 
  9. ^ Nambu, Y. (1950). „The Use of the Proper Time in Quantum Electrodynamics I”. Progress of Theoretical Physics. 5 (1): 82—94. Bibcode:1950PThPh...5...82N. doi:10.1143/PTP/5.1.82  . 
  10. ^ Wilson, David (1983). Rutherford, Simple Genius. Hodder and Stoughton. str. 562—563. ISBN 0-340-23805-4. 
  11. ^ Close, F. (2009). Antimatter. Oxford University Press. str. 50–52. ISBN 978-0-19-955016-6. 
  12. ^ Cowan, E. (1982). „The Picture That Was Not Reversed”. Engineering & Science. 46 (2): 6—28. 
  13. ^ Hanson, Norwood Russel (1963). The Concept of the Positron. Cambridge University Press. str. 136–139. ISBN 978-0-521-05198-9. 
  14. ^ Hanson, Norwood Russel (1963). The Concept of the Positron. Cambridge University Press. str. 179–183. ISBN 978-0-521-05198-9. 
  15. ^ Brown, Laurie M.; Hoddeson, Lillian (1983). The Birth of Particle Physics. Cambridge University Press. str. 118–119. ISBN 0-521-24005-0. 
  16. ^ Bazilevskaya, G.A. (2014). „Skobeltsyn and the early years of cosmic particle physics in the Soviet Union”. Astroparticle Physics. 53: 61—66. doi:10.1016/j.astropartphys.2013.05.007. 
  17. ^ Skobeltsyn, D. (1929). „Uber eine neue Art sehr schneller beta-Strahlen”. Z. Phys. 54: 686—702. S2CID 121748135. doi:10.1007/BF01341600. 
  18. ^ Anderson, Carl D. (1936). „The Production and Properties of Positrons”. Pristupljeno 10. 8. 2020. 
  19. ^ Skobeltzyn, D. (1934). „Positive electron tracks”. Nature. 133 (3349): 23—24. S2CID 4226799. doi:10.1038/133023a0. 
  20. ^ a b Merhra, J.; Rechenberg, H. (2000). The Historical Development of Quantum Theory, Volume 6: The Completion of Quantum Mechanics 1926–1941. Springer. str. 804. ISBN 978-0-387-95175-1. 
  21. ^ Anderson, C. D. (1933). „The Positive Electron”. Physical Review. 43 (6): 491—494. Bibcode:1933PhRv...43..491A. doi:10.1103/PhysRev.43.491  . 
  22. ^ „The Nobel Prize in Physics 1936”. Pristupljeno 21. 1. 2010. 
  23. ^ a b Gilmer, P. J. (19. 7. 2011). „Irène Jolit-Curie, a Nobel laureate in artificial radioactivity” (PDF). str. 8. Arhivirano iz originala (PDF) 19. 5. 2014. g. Pristupljeno 13. 7. 2013. 
  24. ^ „Atop the Physics Wave: Rutherford Back in Cambridge, 1919–1937”. Rutherford's Nuclear World. American Institute of Physics. 2011—2014. Arhivirano iz originala 21. 10. 2014. g. Pristupljeno 19. 8. 2014. 

Literatura uredi

S. Macura, J. Radić-Perić, ATOMISTIKA, Fakultet za fizičku hemiju Univerziteta u Beogradu/Službeni list, Beograd, 2004., str. 542.

Spoljašnje veze uredi

 
Pozitron na Vikimedijinoj ostavi.
Preuzeto iz „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Позитрон&oldid=27551735”