Русская Википедия:Позитроний
Позитро́ний — связанная квантовомеханическая система (экзотический атом), состоящая из электрона и позитрона. В зависимости от взаимного направления спинов электрона и позитрона различают ортопозитроний (спины сонаправлены, суммарный спин Шаблон:Math) и парапозитроний (спины противоположно направлены, суммарный спин Шаблон:Math). Позитроний, как и атом водорода, представляет собой систему двух тел, и его поведение и свойства точно описываются в квантовой механике. Он был впервые экспериментально идентифицирован в 1951 году Мартином Дойчем[1].
Свойства
Поскольку приведённая масса позитрония почти вдвое меньше приведённой массы электрона[2], радиус атома позитрония в основном состоянии 0,106 нм (вдвое больше атома водорода), а его потенциал ионизации из основного состояния равен 6,77 эВ (вдвое меньше потенциала ионизации водорода).
Позитроний быстро аннигилирует, его время жизни зависит от спина: покоящийся парапозитроний в вакууме аннигилирует в среднем за:
- <math>t_0 = \frac{2 \hbar}{m_\mathrm{e} c^2 \alpha^5} = ~\text{0,1244 нс}</math>
Парапозитроний аннигилирует на два гамма-кванта с энергией по 511 кэВ и противоположными импульсами.
Ортопозитроний живёт на три порядка дольше:
- <math>t_1 = \frac{\frac{1}{2} 9 h}{2 m_\mathrm{e} c^2 \alpha^6 (\pi^2 - 9)} = ~\text{138,6 нс}</math>
Ортопозитроний распадается на три гамма-кванта, в силу сохранения зарядовой чётности. В среде время жизни позитрония уменьшается (для ортопозитрония в твёрдом веществе оно становится менее 1 нс), и относительная вероятность аннигиляции в 2 гамма-кванта растёт. Возможна аннигиляция позитрония в большее число гамма-квантов, однако вероятность этого очень мала. В любом случае суммарная энергия аннигиляционных гамма-квантов в системе центра инерции позитрония равна 1022 кэВ (соответствует удвоенной массе электрона).
Масса основного состояния ортопозитрония (терм Шаблон:Math) на 8,4Шаблон:E эВ больше, чем основного состояния парапозитрония (терм Шаблон:Math), между этими двумя состояниями возможны переходы. При образовании атома позитрония из неполяризованных частиц ортопозитроний возникает втрое чаще, так как его статистический вес Шаблон:Math втрое больше, чем у парапозитрония. Хотя время жизни позитрония мало́, он успевает вступить в химические реакции. Химия позитрония достаточно хорошо изучена (как правило, она рассматривается в рамках мезонной химии, хотя электрон и позитрон не относятся к мезонам). Химический символ позитрония — Ps. Химически позитроний близок к водороду, его взаимодействия используются для изучения кинетики химических реакций, диффузии, фазовых переходов и других физико-химических процессов в газах и конденсированных средах.
Позитроний (как и мюоний) является чисто лептонным атомом, поэтому его спектроскопия и прецизионное измерение времени жизни представляют особый интерес для проверки предсказаний квантовой электродинамики. Изучается также отрицательный ион позитрония Ps−, состоящий из двух электронов и позитрона.
Молекулярный позитроний
Молекуля́рный позитро́ний, дипозитро́ний, Ps2 — молекула, состоящая из двух атомов позитрония (то есть связанная система из двух электронов и двух позитронов).
В 1946 Дж. А. Уилер предположил[3], что два атома позитрония могут объединиться в молекулу с энергией связи около 0,4 эВ (дипозитроний). В 2005 появились сообщения о возможном наблюдении молекулярного позитрония Ps2, подтверждённые в сентябре 2007[4][5]. Молекулы Ps2 были обнаружены при облучении тонкой плёнки пористого кварца мощным потоком позитронов.
Литература
- Гольданский В. И. Физическая химия позитрона и позитрония. М., 1968.
Ссылки
См. также
Шаблон:Квантовая электродинамика Шаблон:Частицы
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:ФЭ
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Шаблон:Статья
- ↑ Molecules of Positronium Observed in the Laboratory for the First Time Шаблон:Wayback. Press release. September 12, 2007.
