Positronium

Positronium  är ett kopplat kvantmekaniskt system ( exotisk atom ) som består av en elektron och en positron . Beroende på den inbördes riktningen för elektronens och positronens spinn, särskiljs ortopositronium (spin är samriktade, totalt spin S = 1 ) och parapositronium (spin är motsatt riktade, totalt spin S = 0 ). Positronium, liksom väteatomen , är ett tvåkroppssystem , och dess beteende och egenskaper beskrivs exakt i kvantmekaniken . Den identifierades först experimentellt i1951 av Martin Deutsch [1] .

Egenskaper

Eftersom den reducerade massan av positronium är nästan hälften av den reducerade massan av en elektron [2] är radien för positroniumatomen i grundtillståndet 0,106 nm (dubbla väteatomen), och dess joniseringspotential från grundtillståndet är 6,77 eV (halva joniseringspotentialen för väte).

Positronium förintas snabbt , dess livslängd beror på spinn: parapositronium i vila i vakuum förintar i genomsnitt i:

Parapositronium förintas till två gammastrålar med en energi på 511 keV vardera och motsatt momenta .

Ortopositronium lever tre storleksordningar längre:

Ortopositronium sönderfaller till tre gammakvanta på grund av bevarande av laddningsparitet . I ett medium minskar livslängden för positronium (för ortopositronium i ett fast ämne blir det mindre än 1 ns), och den relativa sannolikheten för förintelse i 2 gammastrålar ökar. Förintelse av positronium till ett större antal gammastrålar är möjlig, men sannolikheten för detta är mycket liten. I vilket fall som helst är den totala energin för annihilation gamma quanta i positronium masscentrumsystemet 1022 keV (motsvarande två gånger elektronmassan).

Massan av grundtillståndet för ortopositronium ( term 3 S 1 ) är 8,4⋅10 −4 eV större än grundtillståndet för parapositronium ( term 1 S 0 ), övergångar mellan dessa två tillstånd är möjliga. När en positroniumatom bildas från opolariserade partiklar, förekommer ortopositronium tre gånger oftare, eftersom dess statistiska vikt g = 2 S + 1 är tre gånger större än parapositronium. Även om livslängden för positronium är kort, hinner det gå in i kemiska reaktioner. Kemin av positronium är ganska väl förstådd (som regel anses den inom ramen för mesonkemi , även om elektronen och positronen inte tillhör mesoner ). Den kemiska symbolen för positronium är Ps . Kemiskt är positronium nära väte, och dess interaktioner används för att studera kinetiken för kemiska reaktioner , diffusion , fasövergångar och andra fysikalisk-kemiska processer i gaser och kondenserade medier.

Positronium (som muonium ) är en ren leptonatom , så dess spektroskopi och precisionsmätning av dess livslängd är av särskilt intresse för att testa förutsägelserna av kvantelektrodynamik . Den negativa positroniumjonen Ps − , som består av två elektroner och en positron, studeras också.

Molecular positronium

Molekylärt positronium , dipositronium , Ps 2  - en molekyl som består av två positroniumatomer (det vill säga ett bundet system av två elektroner och två positroner ).

År 1946 föreslog J. A. Wheeler [3] att två positroniumatomer kunde kombineras till en molekyl med en bindningsenergi på cirka 0,4 eV (dipositronium). År 2005 fanns det rapporter om en möjlig observation av molekylärt positronium Ps 2 , bekräftat i september 2007 [4] [5] . Ps 2 -molekyler upptäcktes genom att bestråla en tunn porös kvartsfilm med ett kraftfullt positronflöde.

Litteratur

Länkar

  1. ↑ Martin Deutsch. Bevis för bildandet av positronium i gaser  // Phys. Varv. - 1951. - T. 82 . - S. 455-456 .
  2. ↑ L. I. Ponomarev. Positronium // Fysisk uppslagsverk  : [i 5 volymer] / Kap. ed. A. M. Prokhorov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1992. - T. 3: Magnetoplasmic - Poyntings teorem. - S. 671. - 672 sid. - 48 000 exemplar.  — ISBN 5-85270-019-3 .
  3. ↑ JA Wheeler. Polyelectrons // Annals of the New York Academy of Sciences. - 1946. - T. 48 , nr 3 . - S. 219-238 .
  4. ↑ D.B. Cassidy, A.P. Mills, Jr. Produktionen av molekylärt positronium  // Nature. - 2007. - T. 449 . - S. 195-197 (13 september 2007) .
  5. ↑ Molecules of Positronium observerade i laboratoriet för första gången Arkiverade 9 februari 2008 på Wayback Machine . pressmeddelande. 12 september 2007

Se även

 kvantelektrodynamik