Pozitron

Almaniyada yerləşən DESY akseleratorunun qabarcıq kamerasında qeydə alınmış cüt yaranması. Foton (yaşıl) elektrona (göy) və pozitrona (qırmızı) çevrilir.

Pozitron — elektronun antimaddəsidir. Pozitron $e^{+}$ (ingiliscə - positron) elektronla eyni kütləyə və əks işarəli yükə malikdir. Başqa maddə və antimaddə hissəciklərində olduğu kimi elektron və pozitron bir biri ilə toqquşduqda annihilyasiya (latın: “nihil” – “heç nə” deməkdir), yəni yox olma hadisəsi baş verir.

Ümumi məlumat

Bulud kamerasında ilk pozitronun fotosu

Bulud kamerası

Bulud kamerası qaz və buxar qarışığı ilə doldurulmuş qabdan ibarətdir. Kosmik şüalarla Yer səthinə enən yüksək enerjili hissəciklər qaba daxil olur. Hissəciklər buxar mühitindən keçərkən yol boyu mühitin molekullarını ionlaşdırırlar. Buxarın soyuması həmin ionların üzərində çox kiçik damlalar yığışmasına səbəb olur və beləliklə hissəciyin keçdiyi yol aşkarlanır.

İlk bulud kamerasını Şotlandiyalı fizik C.T.R. Wilson 19-cu əsrin sonlarında Kavendiş laboratoriyasında hazırlamışdır.

Pozitronun kəşfi

Britaniyalı fizik Pol Dirak (Paul Dirac) 1920-ci illərin sonunda elektronun davranışını tədqiq edərkən aşkar etdi ki, onun üzərində çalışdığı formulanın iki həlli var. Bu həllərdən biri mənfi yüklü hissəciyi təsvir etdiyi halda ikinci həll müsbət yüklü hissəciyə aid idi. Bu müəmma ancaq 1932-ci ildə həll olundu.

Rus fizik Dmitri Skobeltsın (Дмитрий Скобельцын) 1927-ci ildə kosmik şüa hissəciklərinin izlərinin fotolarını nümayiş etdirdikdən sonra amerikalı fizik Karl Anderson (Carl Anderson) 1930-cu ildə oxşar təcrübə aparmaq qərarına gəldi. Bu məqsədlə o, ölçüləri 17 x 17x 3 sm olan bulud kamerası (Wilson kamerası) quraşdırdı.

Anderson kosmik şüaların bulud kamerasındakı izlərini tədqiq edərkən müşahidə etdi ki, izlərdən bəziləri müsbət yüklü hissəciklərə məxsusdur. Sonrakı tədqiqatlar bu izlərin müsbət "elektrona" aid olduğunu göstərdi və tədqiqatçı 1932-ci ildə elektronla eyni kütləli və əks yüklü hissəciyi aşkar etdiyini bildirdi. Beləliklə ilk antimaddə hissəciyi kəşf edilmiş oldu.

Müsbət “elektron” sonradan pozitron (ingilis: “positive electron” – “müsbət elektron” ifadəsinin qısa forması) adlandırıldı. Karl Anderson “pozitronu kəşf etdiyinə görə” 1936-cı il Nobel mükafatına layiq görüldü.

Xüsusiyyətləri

Pozitronun kütləsi

Ölçü vahidi	Dəyər
kq	9.109 382 91 × 10-31 kq
enerji ekvivalenti – J	8.187 105 06 × 10-14 J
enerji ekvivalenti – MeV	0.510 998 928 MeV

Pozitron $e^{+}$ müsbət yüklü, ½ spin hissəcikdir.
O, elektronla eyni kütləyə malikdir.

Pozitronun lepton nömrəsi -1-dir. Leptonlar – elektronun da daxil olduğu
elementar hissəciklər qrupudur. Bu qrupa daxil olan hissəciklərin lepton
nömrəsi 1, həmin hissəciklərə aid anti-hissəciklərin lepton nömrəsi -1-dir.

Davranışı

Pozitron antiatom daxilində

Bir protondan ibarət nüvə və onun ətrafında dönən elektron hidrogen atomunu yaratdığı kimi, bir antiproton və onun ətrafında dönən pozitron antihidrogen atomunu yaradır.

İsveçrədə yerləşən Avropa Nüvə Tədqiqatları Təşkilatında (CERN) 1995-ci ildə belə antihidrogen atomları əldə edilmişdir.

CERN laboratoriyasında ksenon atomlarını antiprotonlarla bombardman etdilər. Antiprotonların ksenon atomunun nüvəsi ilə toqquşmasından çoxlu yeni hissəciklər, o cümlədən elektron-pozitron cütləri də yarandı. Beləliklə antiprotonların olduğu mühitdə antielektronlar (pozitron) meydana gəldi.

Baxmayaraq ki, belə mühitdə antiprotonların pozitronları tutması ehtimalı çox aşağıdır, CERN laboratoriyasında bu hadisə baş verdi. İlk müvəffəqiyyətli təcrübədə 9 antihidrogen atomu (başqa sözlə, hidrogen antiatomu) yarandı.

Cütlərin yaranması

Foton kifayət qədər enejiyə malik olduqda o, maddə tərəfindən udularaq əks işarəli hissəciklər cütü yarada bilər. Ən çox öyrənilmiş cüt yaranması fotondan elektron-pozitron cütünün yaranmasıdır (ingiliscə - pair production və ya pair creation).

$\gamma \to \mathrm {e} ^{-}+\mathrm {e} ^{+}$

Annihilyasiya

Elektron-pozitron annihilyasiyasını təsvir edən Feynman diaqramı

Hissəcik öz anti hissəciyi ilə qarşılaşdıqda annihilyasiya (ingiliscə - annihilation), yəni bu hissəciklərin bir birini məhv etməsi hadisəsi baş verir və bu zaman enerji ayrılır.

Elektron və pozitron qarşılaşanda bu iki hissəcik annihilyasiya edir. Nəticədə iki foton yaranır və fotonlar bir birinə əks istiqamətdə uzaqlaşırlar.

$\mathrm {e} ^{-}+\mathrm {e} ^{+}\to 2\gamma$

Pozitronium

Pozitronium

Pozitronium (ingiliscə - positronium) elektron-pozitron birləşməsidir və Ps kimi işarə olunur. e^-e⁺ birləşməsində pozitron müəyyən mənada proton rolunu oynayır (hidrogen atomundakı kimi). Belə birləşmələr çox qısa ömürlü (saniyənin on milyonda biri qədər) olurlar.

Positroniumun annihilyasiya edərək qamma şüasına çevrildiyi müşahidə edilmişdir.

Pozitronun istehsalı

Pozitron təbii olaraq yaranır. Yerin atmosferinə daxil olan yüksək enerjili kosmik şüalar atmosferdəki atomlarla toqquşaraq başqa hissəcik cütləri ilə yanaşı elektron-pozitron cütünə də çevrilirlər. Bu hadisə Eynşteynin kəşf etdiyi E=mc² prinsipi ilə baş verir.

Bundan başqa, qeyri sabit elementlərdə (başqa sözlə, radioaktiv elementlərdə) gedən nüvə reaksiyası zamanı pozitron yaranır. Bu hadisə zəif qüvvənin fəaliyyətinin nəticəsidir. Pozitron ayrılması ilə nəticələnən nüvə reaksiyası β⁺ parçalanma adlanır. β⁺ parçalanma zamanı atomun nüvəsində proton W⁺ boson buraxaraq neytrona çevrilir. W⁺ -dan isə pozitron və elektron neytrino yaranır.

$\mathrm {p} \to \mathrm {n} +\mathrm {e} ^{+}+\nu _{e}$

İstifadəsi

Elektron-pozitron annihilyasiyası

Pozitrondan tibbi müayinə məqsədləri üçün istifadə edilir. PET skan (Positron Emission Tomography – PET Scan) adlanan qurğu vasitəsilə orqanizmin iltihab olan sahələri müəyyən edilir. Müayinə aparmaq üçün pasientə (sağlamlıq üçün zərərsiz miqdarda) radioaktiv maddə qarışdırılmış qlyukoza iynəsi vurulur. Pasientin orqanizmində radioaktiv maddə parçalanmağa başlayır və pozitron emissiyası (ayrılması) baş verir. PET skan ayrılan pozitronları tutaraq müayinə edilən orqanın təsvirini yaradır. Bu təsvir həkimə orqanda çatışmazlıq olub olmadığını müəyyən etməyə imkan verir.

Pozitronlardan akseleratorlarda istifadə olunur. Belə qurğulardan biri İsveçrədə CERN-də yerləşir və Böyük Elektron-Pozitron toqquşdurucusu (Large Electron-Positron (LEP) collider) adlanır. LEP-də elektron-pozitron toqquşması vasitəsilə zəif qüvvə daşıyıcılarından biri olan Z boson əldə edilir.

Xarici keçidlər

• Cloud Chamber Massachusetts Institute of Technology (MIT) Video (Bulud kamerasında kosmik hissəciklərin iz qoyması – Video)
• Cloud Chamber University of Cambridge Department of Physics High Energy Physics (Bulud kamerasının quraşdırılma qaydası)
• Electron / positron annhiliation The Particle Adventure
• Electron-positron Annihilation and Pair Creation High School Teachers at CERN
• Tracks of electrons and positrons Science Photo Library (Elektron və pozitron izlərinin fotosu)