WikiDer > Positron

EIN Positron (ebenfalls: position) ist der Antiteilchen von dem Elektron. Es hat das gleiche Masse, aber ein GegenteilLadung. Es wird als e . angezeigt. Es ist das einzige Antiteilchen, das einen eigenen Namen hat.

Antimaterie

Das Positron war das erste theoretisch vorhergesagt Antiteilchen. Während der Vorbereitung a quantenmechanische und relativistisch konsistente Theorie über das Verhalten von Elektronen angetroffen Paul Dirac in seinem Formalismus (de Dirac-Vergleich) auf einem Teilchen mit gleichem Masse und Spinne wie ein Elektron, aber mit einer entgegengesetzten Ladung. Er hat dieses Teilchen damit verwechselt Proton, da noch keine Spur eines Positrons gefunden wurde. Später stellte sich jedoch heraus, dass seine Theorie immer noch das Positron beschreibt. Das Positron wurde erstmals 1932 von . beobachtet Carl Anderson.

Positronen werden am freigesetzt radioaktiver Zerfall von einigen Isotope, zum Beispiel von ²¹Nach dem. Im Prinzip sind sie stabile Teilchen, genau wie Elektronen, aber in der Praxis wird ein Positron bald mit einem Elektron kollidieren, wo sie aufeinander treffen. vernichten. Dies bedeutet, dass alle Masse in Energie umgewandelt wird, gemäß Einsteins berühmte Formel E=mc². Diese Energie manifestiert sich in Form von Photonen (ebenfalls Lichtquanten erwähnt). Man spricht diesbezüglich von γ-Strahlung (gamma Strahlen). Die Reaktionsgleichung lautet:

e e⁻ →

Die beiden Gammaquanten bewegen sich vom Ort der Annihilation in entgegengesetzte Richtungen, wenn die Geschwindigkeit des Elektrons der des Positrons entgegengesetzt ist. Wenn ein Positron mit hoher Geschwindigkeit mit einem Elektron kollidiert, entstehen zwei Gammaquanten mit der gleichen Summe Impuls als Positronen-Elektronenpaar, d. h. sie spalten sich in einem spitzen Winkel vom Vernichtungsplatz ab. Dies ist, was mit kosmischer Strahlung zu sehen ist.

Biene Positronen-Emissions-Tomographie (PET-Scan) wird mit einem Ring von Detektoren und genauen Uhren festgestellt, ob zwei Quants annähernd gleichzeitig eintreffen. Dann werden sie als aus derselben Vernichtung stammend betrachtet. Der geringfügige Zeitunterschied ist ein Maß für den Abstand vom Zentrum der Detektoren und die Position der Detektoren, die ein Photon signalisieren, ist ein Maß für die Richtung.

Erklärung des Nebelkammerfotos

Erste Beobachtung eines Positrons durch Carl Anderson im Jahr 1932 (die gekrümmte, dünne Bahn oben in der Mitte)

Mit dem dazugehörigen Foto von a Nebelkammer Anderson entdeckte das Positron 1932. Auf dem Fotonegativ sehen wir zwei nach links gebogene Spuren von Wassertropfen, die auf kondensierende Kerne von Gasmolekülen, die von einem vorbeiziehenden geladenen Elementarteilchen ionisiert werden. Anderson selbst gibt die Interpretation des Fotos.^[1] Die Krümmung der Spuren wird durch ein Magnetfeld von ca. 1,5 Tesla verursacht. Die Richtung der Krümmung der Spur weist auf eine positive Ladung hin, wenn sich das Teilchen von unten nach oben bewegt. Aus dem Krümmungsgrad lässt sich ableiten, dass der Impuls des Partikels unterhalb der Bleiplatte in der Bildmitte ca. 60 MeV und der des Partikels oberhalb der Bleiplatte ca. 20 MeV beträgt. Die Länge der Spuren weist auf Teilchen hin, deren Masse viel geringer ist als die des Protons. Ein Proton dieser Energie würde einige Millimeter im Gas wandern. Die Dicke der Spur weist auf ein Teilchen mit einer einzigen Elementarladung hin. Der Energieverlust eines Teilchens mit einer Elementarladung von 60 MeV in der 6-mm-Bleiplatte wird von Anderson auf 38 MeV geschätzt, wenn das Teilchen nicht viel schwerer als ein Elektron ist. Dies ist die einzig plausible Erklärung, dass es sich um ein Teilchen handelt, das von unten durch die Bleiplatte hindurchtritt und oben mit weniger Energie wieder herauskommt. Es hat dann eine positive Ladung und eine Masse, die nicht viel größer ist als die des Elektrons. Die Identifizierung dieses Teilchens mit einem Positron ist dann offensichtlich.

Positronium

Vor der gegenseitigen Zerstörung kann jedoch noch ein anderer Prozess stattfinden: Die beiden Teilchen können eine Bindung eingehen, die (abgesehen von dem enormen Massenunterschied) vergleichbar ist mit dem, was zwischen einem Proton und einem Elektron passiert, wenn sie zusammen a Wasserstoffatom (Hydrogenium) bilden. Ein Positron und ein Elektron können zusammen a . bilden Positronium'Atom' bilden. Positronium wiederum kann Bindungen eingehen, aber das alles geschieht auf einer sehr kurzen Zeitskala, denn Positronium ist nicht stabil, weil sich Elektron und Positron nach einiger Zeit gegenseitig vernichten.

Materialforschung

Materialien werden jedoch einer Positronenquelle ausgesetzt, um ihre Struktur mit Positronenvernichtung.

Positronen in oder durch kosmische Strahlung

Beispiel einer erweiterten Luftdusche^[2]

Die Erde ist ausgesetzt kosmische Strahlung. Wenn diese Strahlung die oberste Schicht unserer Atmosphäre erreicht, erzeugt sie einen Wasserfall von subatomare Partikel; die sogenannte Erweiterte Luftdusche. Die Teilchen, aus denen die kosmische Strahlung besteht, haben eine extrem hohe Energie und einen extrem hohen Impuls. Die gebildeten Produkte kollidieren bald wieder mit Materie in der Atmosphäre und erzeugen jedes Mal eine immer größere Zahl von Teilchen mit immer geringerer Energie. Durch diesen fortschreitenden Prozess der Teilchenbildung und Vernichtung werden Positronen sogar an der Erdoberfläche nachgewiesen, obwohl sie normalerweise nur wenige Zentimeter in der Luft verweilen, bevor sie von einem Elektron vernichtet werden.

Siehe auch

• Positronen-Emissions-Tomographie