Positroni
Positroni on elektronin antihiukkanen eli antimateriaa. Positronin massa ja spin ovat yhtä suuret kuin elektronilla, mutta sen sähkövaraus päinvastainen, +1 e.
| Positroni | |
|---|---|
 Carl David Andersonin ottama sumukammiokuva, josta positroni ensimmäisen kerran havaittiin. |
|
| Symboli | e+ |
| Rakenne | Alkeishiukkanen |
| Perhe | Fermioni |
| Ryhmä | Leptoni |
| Sukupolvi | Ensimmäinen |
| Vuorovaikutus |
Painovoima Sähkömagneettinen Heikko vuorovaikutus[1] |
| Antihiukkanen | Elektroni |
| Löydetty teoreettisesti | Paul Dirac (1928) |
| Löydetty | Carl David Anderson (1932) |
| Massa |
9,109 382 15 × 10−31 kg |
| Sähkövaraus | 1,602 176 487× 10−19 C[2] |
| Spin | ½[1] |
Positroni voi syntyä parinmuodostumiseksi kutsutussa prosessissa, jossa fotonien osuessa aineeseen yli 1,022 MeV:n energialla muodostuu positroni ja elektroni. Käänteisessä prosessissa, parintuhossa, positroni kohtaa elektronin jolloin molemmat häviävät ja vapautuu 1,022 MeV energiaa gammasäteilynä. Tapahtuu siis annihilaatio.
Positroneja syntyy myös positroniemissiossa, joka on eräs beetasäteilyn muoto. Siinä protoni muuttuu heikon vuorovaikutuksen vaikutuksesta neutroniksi, positroniksi ja elektronin neutriinoksi.
Tutkimuksen historia muokkaa
Positronin olemassaoloa esitti Paul Dirac vuonna 1928. Hän johti Wolfgang Paulin työn pohjalta elektronia kuvaavan Diracin yhtälön. Tämä sai hänet ennustamaan elektronin antihiukkasen olemassaolon, jonka hän selitti tyhjiön täyttävän negatiivisen energian merellä (niin sanottu Diracin meri).
Neljä vuotta myöhemmin Carl David Anderson havaitsi näitä antimateriahiukkasia ensimmäisen kerran avaruudesta maahan säteileviä hiukkasia tutkiessaan ja antoi niille nimen positron.[3] Hän käytti hiukkasten havaitsemiseen sumukammiota, joka oli täytetty superjäähdytetyllä höyryllä. Kun varattu hiukkanen lävistää tällaisen kammion, syntyy hiukkasen kulkureitille silminhavaittavia nestetippoja.
Käyttö muokkaa
Hiukkasfysiikka muokkaa
Hiukkasfysiikan tutkimuksessa positroneita on käytetty tietynlaisissa hiukkaskiihdyttimissä, joissa ne törmäytetään elektroneihin relativistisilla nopeuksilla. Tällaisessa hiukkas-antihiukkas-törmäyksessä hiukkanen ja sen antihiukkanen annihiloituvat ja niiden energia muuttuu toisiksi hiukkasiksi. Tähän perustui muun muassa vuosina 1989–2001 toimineen LEP-törmäyttimen toiminta.
Lääketiede muokkaa
- Pääartikkeli: Positroniemissiotomografia
Lääketieteessä positroneja käytetään positroniemissiotomografiassa (PET), jolla voidaan kuvantaa kehon eri elimiä. Menetelmässä potilaalle annetaan radioaktiivista ainetta, joka hakeutuu elimistössä tiettyihin kohtiin, esimerkiksi syöpäpesäkkeisiin. Radionuklidit hajoavat tietyllä nopeudella elimistössä emittoiden positroneja, jotka annihiloituvat elimistön elektronien kanssa. Vapautunut gammasäteily havaitaan kehon ulkopuolelle asetetulla ilmaisimella.
Materiaalitutkimus muokkaa
Positroneita käytetään myös materiaalitutkimuksessa positroniannihilaatiospektroskopiassa (PAS). Positroniannihilaatiospektroskopialla voidaan tutkia aineen paikallista atomirakennetta, erityisesti kiteiden hilavirheitä.[4]
Katso myös muokkaa
Lähteet muokkaa
- Schumm, Brian A.: Syvällä asioiden sydämessä: Hiukkasfysiikan kauneus. Suomentanut Kimmo Pietiläinen. The Johns Hopkins University Press, 2004. ISBN 952-5202-91-7.
Viitteet muokkaa
- ↑ a b c Schumm 2004, s. 135–136
- ↑ a b Mohr, Peter & Taylor, Barry & Newell, David: CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2006 Reviews of Modern Physics. 2006. Viitattu 6.6.2014. (englanniksi)
- ↑ Young & Freedman: ”44”, University Physics with modern physics, 11. painos, s. 1670. Addison Wesley, 2004. ISBN 0-321-20469-7. (englanniksi)
- ↑ Pelli, Antti: Implementation and Testing of High Voltage System for Pulsed Low-Energy Positron Beam and Conventional Positron Beam Studies in InN, s. ii. ISBN 978-951-22-8594-5. , 2007. Teoksen verkkoversio.
Aiheesta muualla muokkaa
Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Positroni Wikimedia Commonsissa
Alkeishiukkaset | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Fermionit | |||||
| Bosonit |
| ||||
| Hypoteettiset |
| ||||
| Yhdistelmähiukkaset | |||||
| Hadronit |
| ||||
| Muut |
Atomi · Atomiydin · Dikvarkki · Eksoottinen atomi (Positronium · Myonium · Tauonium) · Molekyyli · Pentakvarkki · Tetrakvarkki | ||||
| Hiukkaslöytöjen aikajana | |||||