Мир древних людей был прост, понятен и состоял из четырех элементов: вода, земля, огонь и воздух (в нашем современном понимании этим веществам соответствуют: жидкое, твердое, газообразное состояние и плазма). Греческие философы пошли намного дальше и выяснили, что вся материя делится на мельчайшие частицы - атомы (от греч. «неделимый»). Благодаря последующим поколениям удалось узнать, что окружающее пространство намного сложнее, чем нам представлялось вначале. В этой статье мы поговорим о том, что такое позитрон и о его удивительных свойствах.
Открытие позитрона
Ученые выяснили, что атом (эта якобы цельная и неделимая частица) состоит из электронов (отрицательно заряженных элементов), протонов и нейтронов. С тех пор как физики-ядерщики научились разгонять частицы в специальных камерах, они уже нашли более 200 различных их разновидностей, существующих в пространстве.
Так что такое позитрон? В 1931-м его появление было теоретически предсказано французским физиком Полем Дираком. В ходе решаемой релятивистской задачи он пришел к выводу, что помимо электрона в природе должна существовать точно такая же частица с идентичной массой, но только с положительным зарядом. Позднее ее назвали «позитроном».
Он имеет заряд (+1), в отличие от (-1) у электрона и аналогичную ему массу около 9,103826 × 10-31 кг.
Независимо от источника, позитрон всегда будет стремиться к «объединению» с любым ближайшим электроном.
Единственными отличиями между ними являются заряд и наличие во Вселенной, которое намного ниже, чем у электрона. Будучи антивеществом, частица входящая в контакт с обычным веществом, взрывается чистой энергией.
Выяснив, что такое позитрон, ученые пошли дальше в своих опытах, позволив космическим лучам проходить через камеру Вильсона, экранированную свинцом и установленную в магнитном поле. Там можно было наблюдать пары электрон-позитронов, которые иногда создавались, а после появления продолжали перемещаться в противоположных направлениях в пределах магнитного поля.
Теперь понятно, что такое позитрон. Подобно своему отрицательному двойнику, античастица реагирует на электромагнитные поля и может храниться в замкнутом пространстве с использованием методов конфайнмента. Кроме того, она умеет соединяться с антипротонами и антинейтронами, чтобы создать антиатомы и антимолекулы.
Позитроны существуют с низкой плотностью во всей космической среде, поэтому некоторыми энтузиастами были даже предложены методы сбора антиматерии для использования ее энергии.
Аннигиляция
Если позитрон и электрон встретятся друг другу на пути, то произойдет такое явление, как аннигиляция. То есть обе частицы уничтожат друг друга. Однако при столкновении в пространство выбрасывается некоторое количество энергии, которая имелась у них и называемая гамма-излучением. Признаком аннигиляции является появление двух гамма-квантов (фотонов), двигающихся в разных направлениях для того, чтобы сохранить импульс.
Существует и обратный процесс — когда фотон при определенных условиях снова может превратиться в электрон-позитронную пару.
Для того чтобы произошло рождение этой пары, необходимо прохождение одного гамма-кванта сквозь какое-то вещество, например, через свинцовую пластину. При этом металл поглощает импульс, но выпускает в разные стороны две противоположно заряженные частицы.
Область применения
Мы выяснили, что происходит при взаимодействии электрона с позитроном. Частица в настоящее время наиболее активно используется в позитронно-эмиссионной томографии, где небольшое количество радиоизотопа с коротким периодом полураспада вводится пациенту, а после небольшого периода ожидания радиоизотоп концентрируется в интересующих тканях и начинает разрушаться, выпуская позитроны. Эти частицы перемещаются на несколько миллиметров, прежде чем сталкиваются с электроном и высвобождают гамма-лучи, которые могут быть захвачены сканером. Такой метод применяется для различных диагностических целей, в том числе для изучения мозга и выявления раковых клеток по всему телу.
Итак, в этой статье мы узнали о том, что такое позитрон, когда и кем он был открыт, его взаимодействие с электронами, а также область, в которой знание о нем имеет практическую пользу.
