پوزیترون
| پادماده |
|---|
 |
پوزیترون یا پادالکترون، ذره ای با بار الکتریکی +1e و اسپین 1/2 ħ ، (مشابه الکترون است. پوزیترون معادل ضدذره الکترون به شمار می آید. هنگامی که یک پوزیترون با یک الکترون برخورد کند، نابودی رخ می دهد. اگر این برخورد با انرژی کم رخ دهد، منجر به تولید دو یا چند فوتون می شود.
پوزیترونها میتوانند از طریق واپاشی پرتوزای گسیل پوزیترون (در اثر برهمکنش ضعیف) یا از طریق تولید جفت ( هنگامی که یک فوتون با انرژی کافی با اتمی در یک ماده برهمکنش میکند)، ایجاد شوند.
نحوه شناسایی
[ویرایش]در تاریخ 2 اوت 1932 میلادی، کارل دیوید اندرسون پوزیترون را در هنگام آزمایش هایی با اتاقک ابر ویلسون کشف کرد و به دلیل این کشف برنده جایزه نوبل فیزیک در سال 1936 شد. در اتاقک ابر ویلسون واقع در میدان مغناطیسی رد باریکی که بهطور آشکار مربوط به یک ذره تک بار و خیلی سبک همانند الکترون بود، مشاهده شد که در جهتی متناظر با بار مثبت منحرف میشد.
نحوه تولید
[ویرایش]پوزیترونها، به طور طبیعی همراه با نوترونها در فرایند واپاشی بتای مثبت (β⁺) رادیوایزوتوپهای طبیعی ( مانند پتاسیم -40) تولید می شوند.
آزمایش های ماهواره ای مدارک وجود پوزیترون ( و همچنین پادپروتون) را در پرتوهای کیهانی اولیه پیدا کرده اند. میزان پوزیترون در پرتوهای کیهانی کمتر از یک درصد تخمین زده می شود، با این حال در سال های اخیر با ارتقای دقت دستگاه ها، میزان پوزیترون در پرتوهای کیهانی با انرژی بالاتر مورد اندازه گیری قرار گرفته است و در انرژی های بالاتر، درصد پوزیترون یافت شده افزایش پیدا کرده است.
تولید مصنوعی
[ویرایش]دانشمندان در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور واقع در کالیفرنیای ایالات متحده، با با استفاده از یک لیزر فوقشدید و کوتاهپالس، هدفی از جنس طلا به ضخامت یک میلیمتر را تابشدهی کردند و موفق شدند بیش از ۱۰۰ میلیارد پوزیترون تولید کنند.
امروزه، تولید آزمایشگاهی پرتوهای الکترون–پوزیترون با انرژی ۵ مگاالکترونولت (MeV) در مقادیر قابلتوجه، امکان بررسی ویژگیهای گوناگونی را فراهم کرده است؛ از جمله چگونگی برهمکنش عناصر مختلف با پوزیترونهای ۵ مگاالکترونولتی، نحوهٔ انتقال انرژی به ذرات، و مطالعهٔ اثرات شوک ناشی از انفجارهای پرتو گاما.
در سال ۲۰۲۳، پژوهشگرانِ پروژهای مشترک میان سرن (CERN) و دانشگاه آکسفورد آزمایشی را در تأسیسات HiRadMat انجام دادند که در آن، باریکههایی از جفتهای الکترون–پوزیترون با مدتزمانی در حد نانوثانیه تولید شد. این باریکهها حاوی بیش از ۱۰ تریلیون جفت الکترون–پوزیترون بودند و بدینترتیب، نخستین پلاسمای جفتی (Pair Plasma) آزمایشگاهی با چگالی کافی برای پشتیبانی از رفتار جمعی پلاسما ایجاد شد.
آزمایشهای آینده این امکان را فراهم خواهند کرد که پدیدههای فیزیکی مرتبط با محیطهای اخترفیزیکی بسیار پرانرژی، که در آنها تعداد فراوانی از جفتهای الکترون–پوزیترون تولید میشود، مورد مطالعه قرار گیرند. از جمله این محیطها میتوان به انفجارهای پرتو گاما (Gamma-Ray Bursts)، انفجارهای سریع رادیویی (Fast Radio Bursts) و فورانهای بلازارها (Blazar Jets) اشاره کرد.
ناپایداری پوزیترون
[ویرایش]پوزیترون پس از گذشت زمان کوتاهی از تولید آن با یک الکترون محیط ترکیب میشود و به دو کوانتوم نور تبدیل میشوند(نابودی الکترون-پوزیترون). تشکیل جفتهای الکترون و پوزیترون از کوانتومهای و ترکیب الکترونها با پوزیترونها که به تشکیل دو کوانتوم منجر میشود اساساً فرایند جدیدی است که در آن تبدیل متقابل تابش میدان الکترومغناطیسی فوتونهای گاما) و ذرات ماده الکترون و پوزیترون صورت میگیرد.
کشف پوزیترون اثباتی بر خواص موجی ذرات
[ویرایش]خواص ذرات ماده از جنبههای گوناگون با خواص میدان الکترومغناطیسی (نور) تفاوت دارد. یکی از مهمترین این تفاوتها آن است که تمامی اجسام پیرامون ما از ذرات ماده تشکیل شدهاند، در حالی که نور عمدتاً نقش انتقال انرژی میان اجسام را ایفا میکند. به همین دلیل، تا اوایل قرن بیستم تصور میشد که میان نور (میدان الکترومغناطیسی) و ماده مرزی بنیادین و غیرقابل عبور وجود دارد.
با پیشرفت فیزیک نوین، این دیدگاه دگرگون شد. کشف ماهیت ذرهای نور نشان داد که تابش الکترومغناطیسی علاوه بر رفتار موجی، از ذراتی به نام فوتون نیز تشکیل شده است. از سوی دیگر، مشخص شد که ذرات ماده نیز همانند نور از خواص موجی برخوردارند؛ پدیدهای که امروزه با عنوان دوگانگی موج–ذره شناخته میشود. این دستاوردها شکاف مفهومی میان نور و ماده را از میان برداشت و نشان داد که این دو، جنبههای متفاوتی از واقعیت فیزیکی هستند.
اهمیت این ارتباط با کشف فرایندهای تبدیل متقابل انرژی و ماده بیش از پیش آشکار شد. برای مثال، فوتونهای پرانرژی گاما میتوانند به یک جفت الکترون–پوزیترون تبدیل شوند و در مقابل، نابودی (فنا) یک جفت الکترون–پوزیترون میتواند به تولید فوتونهای گاما بینجامد. این فرایندها بیانگر پیوند عمیق میان تابش الکترومغناطیسی و ذرات ماده هستند.
در چارچوب فیزیک نوین، فوتونها و ذرات ماده هر دو از بنیادیترین اجزای جهان فیزیکی به شمار میروند، هرچند ویژگیهای متفاوتی دارند. فوتون بسیاری از ویژگیهای ذرات، مانند انرژی و تکانه، را داراست؛ اما برخلاف ذراتی مانند الکترون، جرم سکون آن صفر است. ازاینرو، فوتون همواره در خلأ با سرعت نور حرکت میکند و نمیتواند در حالت سکون وجود داشته باشد. هنگامی که فوتونی جذب میشود، بهعنوان یک ذره مستقل دیگر وجود نخواهد داشت و انرژی و تکانهٔ آن به سامانهٔ جذبکننده منتقل میشود.
کاربردها
[ویرایش]در برخی از آزمایشهای انجامشده با شتابدهندههای ذرات، پوزیترونها و الکترونها با سرعتهایی نزدیک به سرعت نور با یکدیگر برخورد داده میشوند. انرژی بسیار زیاد این برخوردها، همراه با نابودی متقابل این جفت ماده–پادماده، موجب تولید مجموعهای متنوع از ذرات زیراتمی میشود. فیزیکدانان با مطالعهٔ محصولات حاصل از این برخوردها، پیشبینیهای نظری را آزمون کرده و در جستوجوی ذرات بنیادی جدید هستند.
در آزمایش ALPHA، پوزیترونها با پادپروتونها ترکیب میشوند تا خواص پادهیدروژن مورد بررسی قرار گیرد.
پرتوهای گامایی که بهطور غیرمستقیم از واپاشی رادیونوکلیدهای گسیلکنندهٔ پوزیترون (ردیابها) تولید میشوند، توسط دستگاههای توموگرافی گسیل پوزیترون (PET) که در مراکز درمانی و بیمارستانها بهکار میروند، آشکارسازی میشوند. این دستگاهها تصاویر سهبعدی دقیقی از فعالیتهای متابولیکی درون بدن انسان فراهم میکنند.
همچنین، در پژوهشهای علم مواد از روشی آزمایشگاهی با عنوان طیفسنجی نابودی پوزیترون (Positron Annihilation Spectroscopy یا PAS) استفاده میشود. این روش برای شناسایی تغییرات چگالی، عیوب بلوری، جابهجاییهای شبکهٔ بلوری و حتی حفرهها یا فضای خالی موجود در مواد جامد کاربرد دارد.
جستارهای وابسته
[ویرایش]منابع
[ویرایش]| بنیادی |
| ||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| مرکب |
| ||||||||||||||||||||||||
| شبه ذرات | |||||||||||||||||||||||||
| فهرستها | |||||||||||||||||||||||||
