Pozitronium

Positronium  je spřažený kvantově mechanický systém ( exotický atom ) sestávající z elektronu a pozitronu . Podle vzájemného směru spinů elektronu a pozitronu se rozlišuje ortopozitronium (spiny jsou směrovány společně, celkový spin S = 1 ) a parapozitronium (spiny jsou orientovány opačně, celkový spin S = 0 ). Positronium, stejně jako atom vodíku , je dvoutělový systém a jeho chování a vlastnosti jsou přesně popsány v kvantové mechanice . Poprvé byl experimentálně identifikován v1951 od Martina Deutsche [1] .

Vlastnosti

Protože redukovaná hmotnost pozitronia je téměř poloviční než redukovaná hmotnost elektronu [2] , je poloměr atomu pozitronia v základním stavu 0,106 nm (dvojnásobek atomu vodíku) a jeho ionizační potenciál ze základního stavu je 6,77 eV . (polovina ionizačního potenciálu vodíku).

Positronium rychle anihiluje , jeho životnost závisí na spinu: parapozitronium v ​​klidu ve vakuu anihiluje v průměru za:

Parapositronium anihiluje do dvou gama paprsků s energií každého 511 keV a opačnými momenty .

Orthopositronium žije o tři řády déle:

Ortopozitronium se rozpadá na tři gama kvanta díky zachování parity náboje . V médiu se životnost pozitronia snižuje (u ortopozitronia v pevné látce je menší než 1 ns) a zvyšuje se relativní pravděpodobnost anihilace ve 2 gama záření. Anihilace pozitronia na větší počet gama paprsků je možná, ale pravděpodobnost je velmi malá. V každém případě je celková energie anihilačních gama kvant v systému pozitroniového těžiště 1022 keV (odpovídá dvojnásobku hmotnosti elektronu).

Hmotnost základního stavu ortopozitronia ( člen 3 S 1 ) je o 8,4⋅10 −4 eV větší než hmotnost základního stavu parapozitronia ( člen 1 S 0 ), přechody mezi těmito dvěma stavy jsou možné. Když je atom pozitronia vytvořen z nepolarizovaných částic, ortopozitronium se vyskytuje třikrát častěji, protože jeho statistická hmotnost g = 2 S + 1 je třikrát větší než hmotnost parapozitronia. Přestože je životnost pozitronia krátká, má čas vstoupit do chemických reakcí. Chemie pozitronia je poměrně dobře známa (zpravidla je uvažována v rámci mezonové chemie , ačkoli elektron a pozitron mezi mezony nepatří ). Chemická značka pro pozitronium je Ps . Chemicky je pozitronium blízké vodíku a jeho interakce se používají ke studiu kinetiky chemických reakcí , difúze , fázových přechodů a dalších fyzikálně-chemických procesů v plynech a kondenzovaných médiích.

Pozitronium (stejně jako muonium ) je čistě leptonový atom, takže jeho spektroskopie a přesné měření jeho životnosti jsou zvláště zajímavé při testování předpovědí kvantové elektrodynamiky . Studuje se také záporný pozitroniový iont Ps − , který se skládá ze dvou elektronů a pozitronu.

Molekulární pozitronium

Molekulární pozitronium , dipozitronium , Ps 2  - molekula sestávající ze dvou atomů pozitronia (tj. vázaný systém dvou elektronů a dvou pozitronů ).

V roce 1946 J. A. Wheeler navrhl [3] , že dva atomy pozitronia by se mohly spojit do molekuly s vazebnou energií asi 0,4 eV (dipozitronium). V roce 2005 se objevily zprávy o možném pozorování molekulárního pozitronia Ps 2 , potvrzené v září 2007 [4] [5] . Molekuly Ps 2 byly objeveny ozařováním tenkého porézního křemenného filmu silným pozitronovým tokem.

Literatura

Odkazy

  1. ↑ Martin Deutsch. Důkazy pro vznik pozitronia v plynech  // Phys. Rev. - 1951. - T. 82 . - S. 455-456 .
  2. ↑ L. I. Ponomarev. Positronium // Fyzikální encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Kap. vyd. A. M. Prochorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3: Magnetoplasmic - Poyntingova věta. - S. 671. - 672 s. - 48 000 výtisků.  — ISBN 5-85270-019-3 .
  3. ↑ JA Wheeler. Polyelektrony // Annals of the New York Academy of Sciences. - 1946. - T. 48 , č. 3 . - S. 219-238 .
  4. ↑ D.B. Cassidy, A.P. Mills, Jr. Výroba molekulárního pozitronia  // Příroda. - 2007. - T. 449 . - S. 195-197 (13. září 2007) .
  5. ↑ Molekuly pozitronia pozorované v laboratoři poprvé Archivováno 9. února 2008 na Wayback Machine . tisková zpráva. 12. září 2007

Viz také

 kvantová elektrodynamika