Kosmilised kiired. Positroni avastamine

36 Kiirte püüdmine sogases vees Katse jaoks läheb meil vaja: suurendusklaasi (võib-olla sobivad vanaisa või vanaema prillid), kolmeliitrine purk, küünal, pool tl jahu. Võtke üsna vähe tavalist jahu, pool teelusikatäit. Lahjendage vees nii, et see on

4.3. mittegravitatsioonilised efektid. kosmoseekspeditsioonid komeetide tuumadeni Mis on tänapäeval teadus, homme on tehnoloogia. Edward Teller Erinevalt asteroididest tuvastatakse nende liikumisel komeedid omadused, mida tavaliselt nimetatakse mittegravitatsiooniliseks efektiks. Under

KIIRED PIMEDAS Esimene küsimus, mille paar küsis, puudutas Maria uurimistöö teemat. Pierre oli Mariaga kohtudes juba kuulus teadlane, millest naine mõistis väga hästi, hoolimata Prantsusmaa ametlike teadusasutuste tunnustamise puudumisest.

>> Positroni avastamine. antiosakesed

§ 115 POSITRONI AVASTAMINE. ANTIKOSAKESED

Elektroni kaksiku – positroni – olemasolu ennustas teoreetiliselt inglise füüsik P. Dirac 1931. aastal.

Samas ennustas ta, et kui positron kohtub elektroniga, peaksid mõlemad osakesed kaduma, tekitades suure energiaga footoneid. Toimuda võib ka pöördprotsess – elektron-positroni paari sünd näiteks siis, kui piisavalt suure energiaga footon (selle mass peab olema suurem kui tekkivate osakeste ülejäänud masside summa) põrkub tuumaga.

Kaks aastat hiljem avastati positroni magnetvälja asetatud pilvekambri abil. Osakeste raja kõveruse suund näitas selle laengu k märki. Selle laengu ja massi suhe määrati osakese kõverusraadiuse ja energia järgi. Selgus, et see on sama moodul nagu elektronil. Joonisel 14.2 näete esimest fotot, mis tõestas positroni olemasolu. Osake liikus alt üles ja seljaajuplaadist möödudes kaotas osa oma energiast. Selle tõttu suurenes trajektoori kõverus.

Elektron-positron-kvantpaari sünniprotsess pliiplaadis on näidatud joonisel 14.3 näidatud fotol. Magnetvälja asetatud pilvekambris jätab aur iseloomuliku määrdumise kahesarvelise kahvli kujul.

Mõnede osakeste kadumine (annihilatsioon) ja teiste ilmumine elementaarosakeste vaheliste reaktsioonide käigus on just transformatsioon, mitte ainult vanade osakeste koostisosade uue kombinatsiooni tekkimine. See ilmneb eriti selgelt elektron-positroni paari õhupiglatsiooni ajal. Mõlemal osakesel on kindel mass puhkeolekus ja elektrilaengud. Sel juhul tekkivatel footonitel ei ole laenguid ega puhkemassi, kuna nad ei saa puhkeolekus eksisteerida.

Omal ajal tekitas elektron-positroni paaride sünni ja hävimise avastamine teaduses tõelise sensatsiooni. Enne seda ei arvanud keegi, et elektron, osakestest vanim, on kõige olulisem ehitusmaterjal aatomid, ei pruugi olla igavene. Seejärel leiti kõigist osakestest kaksikud - antiosakesed. Antiosakesed vastanduvad osakestele just seetõttu, et kui mõni osake kohtub vastava antiosakesega, siis need hävitatakse. Mõlemad osakesed kaovad, muutudes kiirguskvantideks või muudeks osakesteks.

Antiprooton ja antineutron avastati suhteliselt hiljuti. Antiprootoni elektrilaeng on negatiivne.

Nüüdseks on hästi teada, et osakeste-antiosakeste paari loomine ja nende hävitamine ei kujuta endast elektronide ja positronite monopoli.

Aatomid, mille tuumad koosnevad antinukleonidest ja kest positronitest, moodustavad antiaine. 1969. aastal saadi meie riigis esimest korda antiheeliumi.

Antiaine annihileerimisel ainega muundatakse ülejäänud energia tekkiva -kvantide kineetiliseks energiaks.

Puhkeenergia on universumi kõige suurejoonelisem ja kontsentreeritum energiareservuaar. Ja alles annihilatsiooni ajal vabaneb see täielikult, muutudes teist tüüpi energiaks. Seetõttu on antiaine kõige täiuslikum energiaallikas, kõige kaloririkkam "kütus". Kas inimkond seda "kütust" kunagi kasutada suudab, on praegu raske öelda.

Võib loota, et enam pole kaugel aeg, mil lahendatakse elementaarosakeste füüsika ja üldse kogu füüsika põhiprobleem. Saadakse elementaarosakeste massispekter ja selgitatakse välja, mis määrab elektrilaengu ja muude interaktsioonikonstantide väärtused.

1. Mis vahe on elementaarosakeste füüsika arengu kolmel etapil!
2. Elektron on laetud osakestest kergeim. Milline teile teadaolevatest jäävusseadustest keelab elektroni muutmise footoniteks või neutriinodeks!
3. Loetlege kõik stabiilsed elementaarosakesed.
4. Millise sagedusega on aeglaselt liikuva elektroni ja positroni annihilatsioonil tekkivad -kvandid!
5. Kas mullikambris on võimalik jälgida 10 -23 s elueaga laetud osakese jälge!
6. Mis on kvark!

Myakishev G. Ya., füüsika. 11. klass: õpik. üldhariduse jaoks institutsioonid: põhi- ja profiil. tasemed / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; toim. V. I. Nikolajev, N. A. Parfenteva. - 17. väljaanne, muudetud. ja täiendav - M.: Haridus, 2008. - 399 lk.: ill.

Aidake õpilast veebis, Füüsika ja astronoomia 11. klassi allalaadimine, kalendriteemaline planeerimine

Sisu 1. Mõisted – antiosake, antiaine, antimaailm. 2. Avastamise ajalugu. 3. Teooria ümberlükkamine. 4. Positroni avastamine. 5. Hävitusprotsess. 6. Suure paugu teooria. 7. Antiosakeste päritolu. 8. Viimased avastused ja arengud. 9. Taotlus.

Antiosake on mõne teise osakese kaksik elementaarosake, millel on sama mass ja sama spin, kuid mis erineb sellest mõningate interaktsioonitunnuste poolest. Antiosake on mõne teise elementaarosakese kaksikosake, millel on sama mass ja sama spinn, kuid mis erineb sellest teatud interaktsioonitunnuste poolest.

"Kui asume seisukohale, et positiivsete ja negatiivsete elektrilaengute täielik asümmeetria on põhiline loodusseadus, siis peame seda käsitlema omamoodi õnnetusena, kõik Päikesesüsteem sisaldab liigselt tavalisi negatiivseid elektrone ja positiivseid prootoneid. Mõned tähed on ehitatud teistmoodi: positronitest ja negatiivsetest prootonitest. Igasuguseid tähti peaks maailmas olema võrdne arv. ”- Paul Dirac "Kui võtta seisukoht, et täielik asümmeetria positiivsete ja negatiivsete elektrilaengute vahel on põhiline loodusseadus, siis peame seda käsitlema kui omamoodi õnnetust, kogu päikesesüsteem sisaldab liigselt tavalisi negatiivseid elektrone ja positiivseid prootoneid. . Mõned tähed on ehitatud teistmoodi: positronitest ja negatiivsetest prootonitest. Igasuguseid tähti peaks maailmas olema võrdne arv. ”- Paul Dirac

Miks peab loodus looma dubleerivaid süsteeme? Miks peab loodus looma dubleerivaid süsteeme? Meie universumist pole leitud antiainekogumit. Meie universumist pole leitud antiainekogumit. Samasuguse aja ühesuunalisuse korral on mateeria ja antiaine suhe aegruumi erinevad Sama ühesuunalisuse korral on mateeria ja antiaine suhe aegruumi erinevad Looduse "lihtsustamine" Looduse "lihtsustamine"

Positron avastati 1932. aastal pilvekambri abil. Anderson pildistas osakeste jälgi, mis sarnanesid vägagi elektronide jälgedega, kuid millel oli elektronide jälgedele vastandlik kõver, mis näitab tuvastatud osakeste positiivset elektrilaengut. Positron avastati 1932. aastal pilvekambri abil. Anderson pildistas osakeste jälgi, mis sarnanesid vägagi elektronide jälgedega, kuid millel oli elektronide jälgedele vastandlik kõver, mis näitab tuvastatud osakeste positiivset elektrilaengut.

Antiosakeste teke Antiosakeste sünd toimub aineosakeste kokkupõrgetes, mis on kiirendatud energiateni, mis ületavad osakeste-antiosakeste paari tekkimise läve. Antiosakeste sünd toimub aineosakeste kokkupõrgetes, mis on kiirendatud energiateni, mis ületavad osakeste-antiosakeste paari sündimise läve. Laboratoorsetes tingimustes tekivad antiosakesed osakeste vastasmõjus kiirendites; saadud antiosakeste säilitamine toimub kõrgvaakumis säilitusrõngastes. Laboratoorsetes tingimustes tekivad antiosakesed osakeste vastasmõjus kiirendites; saadud antiosakeste säilitamine toimub kõrgvaakumis säilitusrõngastes. Looduslikes tingimustes sünnivad antiosakesed primaarsete kosmiliste kiirte koosmõjul ainega, näiteks Maa atmosfääriga, ning peaksid sündima ka pulsarite ja aktiivsete galaktikate tuumade läheduses. Looduslikes tingimustes sünnivad antiosakesed primaarsete kosmiliste kiirte koosmõjul ainega, näiteks Maa atmosfääriga, ning peaksid sündima ka pulsarite ja aktiivsete galaktikate tuumade läheduses.

Positroon(inglise keelest. positiivne - positiivne Ja "-troon") on elektroni antiosake. Viitab antiainele, selle elektrooniline laeng on +1, spinn 1/2, leptoni laeng -1 ja mass on võrdne elektroni omaga. Positroni hävitamisel elektroniga muundatakse nende mass energiaks 2 (ja veelgi harvem - kolme või enama) gamma kvanti kujul.

Positronid tekivad ühes radioaktiivse lagunemise tüübis (positronide emissioon) ka footonite abil, mille energia on ainega üle 1,022 MeV. Viimast protsessi nimetatakse "paaritootmiseks", kuna selle rakendamisel moodustab footon tuuma elektriväljaga interakteerudes elektroni ja koos sellega positroni.

Positroni avastamine

Positroni olemasolu pakkus esmakordselt välja 1928. aastal Paul Dirac. Diraci teooria visandas mitte ainult negatiivse elektronlaenguga elektroni, vaid ka sarnase positiivse laenguga osakese. Sellise osakese puudumist looduses peeti märgiks " lisaotsused» Diraci võrrandid. Kuid positroni avastamine oli teooria võidukäik.

Diraci teooria kohaselt võivad elektron ja positron sündida paarina ning see protsess peab kulutama energiat, mis on võrdne nende osakeste ülejäänud energiaga, 2-0,511 MeV. Kuna teadaolevalt kiirgasid looduslikud radioaktiivsed ained γ-kvante energiaga üle 1 MeV, tundus laboris võimalik saada positroneid, mida ka tehti. Positronite ja elektronide parameetrite eksperimentaalne võrdlus näitas, et kõik füüsikalised omadused need osakesed, peale elektroonikalaengu märgi, langevad kokku.

Positroni avastas 1932. aastal Ameerika füüsik Anderson, jälgides galaktilist kiirgust magnetvälja asetatud pilvekambri abil. Nime "positron" mõtles välja Anderson ise. Kummalisel kombel tegi Anderson ka ettepaneku nimetada elektronid ümber "negatroniteks". Ta pildistas osakeste jälgi, mis meenutasid väga palju elektronide jälgi, kuid olid magnetvälja mõjul keerdunud, vastupidiselt elektronide jälgedele, mis näitas leitud osakeste positiivset elektronlaengut. Varsti pärast seda avastust tehti ka pilvekambri abil fotod, mis valgustasid positronite päritolu: sekundaarse galaktilise kiirguse γ-kvantide toimel sündisid positronid paaris tavaliste elektronidega. Sellised äsja avastatud osakese omadused osutusid silmatorkavalt kooskõlas Diraci juba olemasoleva elektroni relativistliku teooriaga. 1934. aastal avastasid Irene ja Frederic Joliot-Curie Prantsusmaal veel ühe positroniallika – β+-radioaktiivsuse.

Positron oli esimene avastatud antiosake. Elektronantiosakese olemasolu ja kahe antiosakese summaarsete parameetrite vastavus Diraci teooria järeldustele, mida võiks üldistada ka teistele osakestele, viitas kõigi lihtosakeste paarilise olemuse võimalikkusele ja orienteeris järgnevaid füüsikalisi uuringuid. Selline orientatsioon osutus erakordselt viljakaks ja praegusel ajal on lihtsate osakeste paariline olemus täpselt seadusega kehtestatud loodus, mida põhjendab tohutu hulk eksperimentaalseid fakte.

Hävitamine

Diraci teooriast järeldub, et elektron ja positron peavad kokkupõrke ajal annihileeruma energia vabanemisega, mis on võrdne põrkuvate osakeste koguenergiaga. Selgus, et see protsess toimub peamiselt pärast positroni aeglustumist aines, kui kahe osakese koguenergia võrdub nende puhkeenergiaga 1,022 MeV. Katses registreeriti 0,511 MeV energiaga γ-kvantide paarid, mis lendasid sirgjooneliselt lahku. vastupidised suunad positronitega kiiritatud sihtmärgist.

Elektroni ja positroni annihilatsiooni ajal ilmnemise vajadus ei ole 1, impulsi jäävuse seadusest tuleneb vähemalt 2 γ-kvanti. Kogu impulss positroni ja elektroni raskuskeskme süsteemis enne reinkarnatsiooni protsessi null aga kui annihilatsiooni ajal ilmuks ainult üks γ-kvant, kannaks see kaasa impulsi, mis ei ole võrdne nulliga üheski võrdlusraamistikus.

Alates 1951. aastast on olnud selge, et mõnedes vormitutes kehades, vedelikes ja gaasides on positron pärast aeglustumist märkimisväärne arv juhtudel ei annihileeru see kohe, vaid moodustab lühikeseks ajaks elektroniga seotud süsteemi, mis sai nime positronium. Positoonium on oma keemiliste parameetrite poolest sarnane vesinikuaatomiga, kuna see on süsteem, mis koosneb üksikutest positiivsetest ja negatiivsetest elektroonikalaengutest ning võib astuda keemilistesse reaktsioonidesse. Kuna elektron ja positroon on erinevad osakesed, võivad nad olla kõige väiksema energiaga seotud olekus mitte ainult antiparalleelsete, vaid ka paralleelsete spinnidega. Esimesel juhul on positrooniumi summaarne spin s = 0, mis vastab parapositronium, ja 2. - s = 1, mis vastab ortopositroonia. On uudishimulik, et elektron-positroni paari hävitamisega ortopositrooniumis ei saa kaasneda kahe γ-kvanti teke. Kaks γ-kvanti kannavad üksteise suhtes mehaanilisi momente, mis on võrdsed 1-ga, ja võivad moodustada kogumomendi, mis on võrdne nulliga, kuid mitte ühega. Seetõttu kaasneb annihilatsiooniga sel juhul kolme γ-kvanti emissioon koguenergiaga 1, 022 MeV. Ortopositrooniumi moodustumine on kolm korda tõenäolisem kui parapositroniumi, kuna statistiliste kaalude suhe (2 s+1) mõlemad positrooniumi olekud 3:1. Kuid isegi kehades, mille paaride annihilatsiooni protsent (kuni 50%) on seotud olekus, st pärast positrooniumi moodustumist, tekib peamiselt kaks γ-kvanti ja ainult väga harva kolm. Fakt on see, et parapositroniumi eluiga on umbes 10-10 sekundit ja ortopositroniumil umbes 10-7 sekundit. Pikaealisel ortopositrooniumil, mis suhtleb pidevalt keskkonna aatomitega, ei ole aega annihileerida kolme γ-kvanti emissiooniga, enne kui selle koostisse sisenev positron annihileerub antiparalleelsete spinnidega olekus ja emissiooniga välise elektroniga. 2 γ-kvanti.

Kaks peatatud positroni hävitamisel tekkivat gamma-kvanti kannavad kumbki energiat 511 keV ja hajuvad rangelt vastassuundades. See asjaolu võimaldab määrata selle punkti asukoha, kus annihilatsioon toimus, ja seda kasutatakse positronemissioontomograafias.

2007. aastal kinnitati eksperimentaalselt 2 positroni ja 2 elektroni seotud süsteemi (molekulaarne positroonium) olemasolu. Selline molekul laguneb isegi kiiremini kui positrooniumi aatom.

Positronid looduses

Arvatakse, et esimestel hetkedel pärast Suurt Pauku oli positronite ja elektronide arv universumis ligikaudu identne, kuid see sümmeetria katkes jahtumise käigus. Kuni Universumi temperatuuri langemiseni 1 MeV-ni hoidsid soojusfootonid pidevalt aines teatud positronite kontsentratsiooni, luues elektron-positroni paare (sellised tingimused eksisteerivad hetkel kuumade tähtede sügavustes). Pärast seda, kui universumi aine jahtus alla paaritekitamise künnise, annihileerusid ülejäänud positronid koos liigsete elektronidega.

Kosmoses ilmuvad positronid gamma kvantide ja galaktika kiirte energeetiliste osakeste abil koos ainega, samuti teatud tüüpi osakeste lagunemisega (näiteks positiivsed müüonid). Järelikult on osa primaarsetest galaktilistest kiirtest positronid, kuna elektronide puudumisel mõõdetakse neid. Galaktika mõnes piirkonnas on leitud 511 keV annihilatsioonigammajooni, mis tõestavad positronite olemasolu.

Päikese termotuuma pp tsüklis (ka CNO tsüklis) kaasneb osade reaktsioonidega positroni emissioon, mis annihileerub kohe ühe ümbritseva elektroniga; seega osa päikeseenergia vabaneb positronite kujul ja Päikese tuumas on neid alati teatud kogus (tasakaalus tekkimis- ja hävimisprotsesside vahel).

Mõned looduslikud radioaktiivsed tuumad (primaarsed, radiogeensed, kosmogeensed) kogevad beeta-lagunemist koos positronite emissiooniga. Näiteks osa loodusliku isotoobi 40K lagunemisest toimub just selle kanali kaudu. Lisaks võivad radioaktiivsetest lagunemistest tulenevad gammakvandid energiaga üle 1,022 MeV tekitada elektron-positroni paare.

Elektrilise antineutriino (energiaga üle 1,8 MeV) ja prootoni abiga toimub positroni moodustumisega pöörd-beeta-lagunemisreaktsioon. Selline reaktsioon toimub looduses, kuna seal on antineutriinode voog, mille energia ületab pöörduva beeta-lagunemise läve, mis ilmnevad näiteks looduslike radioaktiivsete tuumade beeta-lagunemise ajal.

Vaata ka: