Cum a fost descoperit pozitronul? Raze cosmice. Descoperirea pozitronului

Fotografia din care a fost descoperit pozitronul (aici o urmă intermitentă a acestuia trece printr-o placă de plumb într-o cameră cu nori) a devenit mai faimoasă în fizica nucleară decât orice altă fotografie. Publicat pentru prima dată (în formă negativă) în revista Physical Review la șapte luni după descoperirea pozitronului, a creat senzație în lumea științifică.

A fost o perioadă scurtă, dar fericită, când fizicienii s-au putut convinge că „componentele” fundamentale ale materiei formează trinitatea acum familiară oricărui școlar: o particulă încărcată negativ (electronul, descoperit în 1897), o particulă încărcată pozitiv (protonul). , descoperit în 1911) .) și o particulă neutră din punct de vedere electric (neutron, descoperit în 1932). Cu toate acestea, în urma descoperirii neutronului de către Chadwick, în fotografii au început să fie descoperite o serie de urme care indicau clar existența unei alte particule, asemănătoare unui electron, dar cu sarcină electrică pozitivă. Aceasta a fost prima antiparticulă și, deși acum considerăm de la sine înțeles că fiecare particulă are o antiparticulă, la acea vreme această idee era încă neobișnuită. Ideea antiparticulelor a fost cu mult înaintea descoperirii lor, deoarece Paul Dirac a prezis teoretic posibilitatea existenței unui analog încărcat pozitiv al electronului încă din 1928. Cu toate acestea, abia după descoperirea „electronului pozitiv” a devenit clar că în spatele abstracției matematice se află o realitate fizică. „Descoperirea pozitronului”, își amintea Karl Anderson în 1961, „a fost un accident complet. În ciuda faptului că teoria relativistă a electronilor a lui Dirac a prezis existența pozitronului și aproape toți fizicienii erau conștienți de această teorie, ea nu a jucat nimic. rol în descoperirea pozitronului.”

În vara anului 1932, Carl Anderson și supervizorul său Robert Millikan au început să lucreze la Institutul de Tehnologie din California (Caltech) pentru a studia razele cosmice folosind o cameră cu nori. Existența radiațiilor penetrante venite din spațiu este cunoscută încă din 1912, când a fost descoperită de Victor Hess într-un balon cu aer cald; în 1927, această radiație a fost înregistrată folosind o cameră cu nori de către D.V. Skobeltsyn. Ceea ce a fost nou în experimentele lui Anderson a fost utilizarea unui electromagnet mai puternic, capabil să provoace deviația particulelor cu energii semnificativ mai mari (până la 4-5 BeV) decât înainte. Din cele 1.300 de fotografii ale urmelor de raze cosmice obținute, 15 au furnizat dovezi convingătoare ale existenței unei noi particule.

Desigur, fizicienii de la Caltech nu s-au grăbit să tragă concluzii. În absența unei plăci de plumb (există o linie orizontală în mijloc în imagine), s-ar putea presupune că pista aparține unui electron care se mișcă în jos. Cu toate acestea, o creștere a curburii traiectoriei deasupra plăcii a indicat o pierdere de energie cinetică și a fost greu de presupus că electronul a câștigat energie trecând printr-un strat de plumb de 6 mm. Astfel, pista trebuie să fi început în partea de jos a imaginii și, prin urmare, direcția de deviere a particulei în câmpul magnetic a indicat sarcina sa pozitivă. (Poate părea ciudat că o particulă din razele cosmice se mișcă de jos în sus - adevărul este că direcția inițială de mișcare s-ar putea schimba ca urmare a împrăștierii.) În continuare, a fost necesar să se excludă ipoteza că pista aparține unui proton; Acest lucru a fost indicat atât de lungimea și curbura pistei, cât și de grosimea acesteia: particulele mai grele și mai lente (cum ar fi protonii) creează picături de apă mult mai condensate pe unitatea de lungime a pistei. Deci, urma slabă înregistrată în fotografie ar putea aparține doar unei particule de lumină precum un electron.

Tot ce a rămas a fost să admită că Anderson a descoperit o nouă particulă. La finalul articolului de raportare a descoperirii, el a scris că dacă natura permite existența electronilor pozitivi, atunci ar fi trebuit să aibă grijă de prezența protonilor negativi; totuși, această simetrie a primit confirmarea experimentală abia după 24 de ani.

Confirmarea existenței pozitronului a urmat curând de la P. M. S. Blackett și J. S. Occhialini, care au fost pionieri în utilizarea unei camere automate de nor controlate de contoare Geiger. La doar șase luni după descoperirea lui Anderson, ei au propus o explicație satisfăcătoare pentru producerea de pozitroni în raze cosmice - crearea spontană a perechilor electron-pozitron din raze gamma cosmice. Lucrând cu un instrument similar cu cel cu care aproape au descoperit neutronul, Joliot-Curies, la câteva luni după descoperirea lui Anderson, au observat nașterea unei perechi electron-pozitron în laborator.

Pozitron(din engleza pozitiv - pozitivȘi "-tron") este antiparticula electronului. Aparține antimateriei, are o sarcină de electroni de +1, un spin de 1/2, o sarcină de lepton de -1 și o masă egală cu masa unui electron. În timpul anihilării unui pozitron cu un electron, masa lor este convertită în energie sub formă de două (și chiar mai rar - trei sau mai multe) cuante gamma.

Pozitronii apar într-unul dintre tipurile de dezintegrare radioactivă (emisia de pozitroni), tot cu ajutorul fotonilor cu energii mai mari de 1,022 MeV cu materie. Ultimul proces se numește „naștere pereche”, deoarece atunci când are loc, un foton, interacționând cu câmpul electric al nucleului, formează un electron și un pozitron.

Descoperirea pozitronului

Existența pozitronului a fost formulată pentru prima dată în 1928 de Paul Dirac. Teoria lui Dirac a subliniat nu numai un electron cu o sarcină electronică negativă, ci și o particulă similară cu o sarcină pozitivă. Absența unei astfel de particule în natură a fost considerată ca o indicație a „soluțiilor suplimentare” la ecuațiile Dirac. Dar descoperirea pozitronului a fost un triumf al teoriei.

În conformitate cu teoria lui Dirac, un electron și un pozitron se pot naște ca o pereche, iar acest proces trebuie să necesite energie egală cu energia de repaus a acestor particule, 2-0,511 MeV. Deoarece se cunoșteau substanțe radioactive naturale care emit γ-quanta cu energii mai mari de 1 MeV, părea probabil să se obțină pozitroni în laborator, ceea ce s-a făcut. O comparație experimentală a parametrilor pozitronilor și electronilor a arătat că toate proprietățile fizice ale acestor particule, cu excepția semnului sarcinii electronice, sunt aceleași.

Pozitronul a fost descoperit în 1932 de către fizicianul american Anderson în timp ce observa radiația cosmică folosind o cameră cu nori plasată într-un câmp magnetic. Numele „pozitron” a fost inventat de Anderson însuși. Interesant este că Anderson a propus, fără succes, să redenumească electronii „negatroni”. El a fotografiat urme de particule care semănau foarte mult cu urmele de electroni, dar au avut o răsucire sub influența unui câmp magnetic, opusul urmelor de electroni, ceea ce indica o sarcină electronică pozitivă a particulelor găsite. La scurt timp după această descoperire, folosind și o cameră cu nori, au fost făcute fotografii care au făcut lumină asupra originii pozitronilor: sub influența γ cuantelor radiației cosmice secundare, pozitronii s-au născut în perechi cu electronii obișnuiți. Asemenea caracteristici ale particulei nou descoperite s-au dovedit a fi în acord izbitor cu teoria relativistă deja existentă a electronului Dirac. În 1934, Irene și Frederic Joliot-Curie din Franța au descoperit o altă sursă de pozitroni - radioactivitatea β+.

Pozitronul s-a dovedit a fi prima antiparticulă descoperită. Existența unei antiparticule de electroni și corespondența parametrilor totali ai două antiparticule cu concluziile teoriei lui Dirac, care ar putea fi generalizate la alte particule, au indicat posibilitatea naturii de pereche a tuturor particulelor simple și au orientat următoarele studii fizice. Această orientare s-a dovedit a fi neobișnuit de fructuoasă, iar în prezent natura pereche a particulelor simple este o lege a naturii stabilită cu precizie, fundamentată de un număr imens de fapte experimentale.

Anihilare

Din teoria lui Dirac rezultă că un electron și un pozitron într-o coliziune ar trebui să se anihileze odată cu eliberarea de energie egală cu energia totală a particulelor care se ciocnesc. S-a dovedit că acest proces are loc în principal după decelerația unui pozitron în materie, când energia totală a două particule este egală cu energia lor de repaus de 1,022 MeV. Experimental, au fost înregistrate perechi de γ-quanta cu o energie de 0,511 MeV, împrăștiate în direcții direct opuse față de o țintă iradiată de pozitroni.

Necesitatea apariției nu a 1, ci a cel puțin 2 γ-quante în timpul anihilării unui electron și a unui pozitron rezultă din legea conservării impulsului. Momentul total din sistemul centrului de greutate al pozitronului și electronului înainte de procesul de reîncarnare este egal cu zero, dar dacă ar apărea un singur γ-cuantic în timpul anihilării, acesta ar duce la distanță impuls, care nu este egal cu zero în niciun caz. sistem de referință.

Din 1951, a fost clar că în unele corpuri fără formă, lichide și gaze, pozitronul, după frânare, într-un număr semnificativ de cazuri nu se anihilează imediat, ci formează pentru scurt timp un sistem asociat electronului, numit pozitroniu. Positroniul, în ceea ce privește parametrii chimici proprii, este similar cu atomul de hidrogen, deoarece este un sistem format din sarcini electronice pozitive și negative și poate intra în reacții chimice. Deoarece electronul și pozitronul sunt particule diferite, ele pot fi într-o stare legată cu cea mai scăzută energie nu numai cu spin antiparalel, ci și cu spin paralel. În primul caz, spinul total al pozitroniului este s = 0, ceea ce corespunde parapozitroniu, iar în al 2-lea - s = 1, care corespunde ortopozitronie. Este curios că anihilarea unei perechi electron-pozitron în ortopozitroniu nu poate fi însoțită de producerea a două cuante γ. Două γ-quante transportă unul față de celălalt momente mecanice egale cu 1 și pot reprezenta un moment total egal cu zero, dar nu unitate. Prin urmare, anihilarea în acest caz este însoțită de emisia a trei γ-quante cu o energie totală de 1,022 MeV. Formarea ortopozitroniului este de trei ori mai posibilă decât a parapozitroniului, deoarece raportul greutăților statistice (2 s+1) ambele stări ale pozitroniului 3:1. Dar chiar și în corpurile cu un procent uriaș (până la 50%) de anihilare a unei perechi în stare legată, adică după formarea pozitroniului, apar în principal două cuante γ și doar foarte rar trei. Faptul este că durata de viață a parapozitroniului este de aproximativ 10-10 secunde, iar ortopozitroniul este de aproximativ 10-7 secunde. Ortopozitroniul cu viață lungă, interacționând continuu cu atomii mediului, nu are timp să se anihileze cu emisia a trei γ-quante înainte ca pozitronul introdus în compoziția sa să se anihileze cu un electron extern în stare cu spini antiparalel și cu emisia. a două γ-quante.

Două cuante gamma care apar în timpul anihilării unui pozitron oprit poartă o energie de 511 keV fiecare și se împrăștie în direcții strict opuse. Acest fapt face posibilă stabilirea poziției punctului în care a avut loc anihilarea și este utilizat în tomografia cu emisie de pozitroni.

În 2007, a fost confirmată experimental existența unui sistem legat de 2 pozitroni și 2 electroni (pozitroniu molecular). O astfel de moleculă se descompune chiar mai repede decât pozitroniul atomic.

Pozitroni în natură

Se crede că în primele momente după Uriașa Explozie, numărul de pozitroni și electroni din Univers a fost aproximativ identic, dar în timpul răcirii această simetrie a fost ruptă. Până când temperatura Universului a scăzut la 1 MeV, fotonii termici au menținut constant o anumită concentrație de pozitroni în materie prin crearea perechilor electron-pozitron (asemenea condiții există în prezent în adâncurile stelelor fierbinți). După ce materia Universului s-a răcit sub pragul de producție de perechi, pozitronii rămași au fost anihilati cu un exces de electroni.

În spațiu, pozitronii apar prin interacțiunea cu materia razelor gamma și particulele energetice ale razelor cosmice, precum și în timpul dezintegrarii anumitor tipuri de aceste particule (de exemplu, muonii pozitivi). În consecință, o parte din razele galactice primare este formată din pozitroni, deoarece în absența electronilor aceștia sunt măsurați. În unele regiuni ale Galaxiei, au fost descoperite linii gamma de anihilare la 511 keV, dovedind prezența pozitronilor.

În ciclul pp termonuclear solar (tot în ciclul CNO), unele reacții sunt însoțite de emisia unui pozitron, care se anihilează imediat cu unul dintre electronii din mediu; În consecință, o parte din energia solară este eliberată sub formă de pozitroni, iar în miezul Soarelui există întotdeauna o anumită cantitate (în echilibru între procesele de formare și anihilare).

Unele nuclee radioactive naturale (primare, radiogenice, cosmogenice) suferă dezintegrare beta cu radiații de pozitroni. De exemplu, unele dintre descompunerea izotopului natural 40K au loc în mod specific prin acest canal. În plus, cuante gamma cu o energie mai mare de 1,022 MeV, care rezultă din dezintegrari radioactive, pot produce perechi electron-pozitron.

Cu ajutorul unui antineutrin electric (cu o energie mai mare de 1,8 MeV) și a unui proton, are loc o reacție inversă de dezintegrare beta cu formarea unui pozitron. Această reacție are loc în natură, deoarece există un flux de antineutrini cu o energie peste pragul de dezintegrare beta circulantă, care apar, de exemplu, în timpul dezintegrarii beta a nucleelor ​​radioactive naturale.

Positron - Wikipedia

Toate caracteristicile cunoscute ale pozitronului sunt sistematizate în revizuirea Particle Data Group (.pdf)

Klimov A. N. Fizică nucleară și reactoare nucleare. -M. Atomizdat, 1971.

Vezi si:

Ce este antimateria?

Ce este anihilarea?

Studiază interacțiunea cuantelor γ cu învelișul de electroni a unui atom. Pentru a observa urmele electronilor, el a fost primul care a folosit o cameră cu nori plasată într-un câmp magnetic. Această metodă de înregistrare a făcut posibilă măsurarea energiei electronilor din curbura pistei. Sursa de γ quanta a fost situată lângă camera cu nori. Analizând fotografiile obținute, D. Skobeltsyn a obținut pentru prima dată o serie de rezultate noi despre mecanismul de interacțiune a γ-quanta cu un atom: a măsurat secțiunile transversale pentru interacțiunea γ-quanta cu diferiți atomi și a măsurat ionizarea pierderi în timpul mișcării unei particule încărcate într-un mediu. Cu toate acestea, traiectoriile electronilor de înaltă energie observați într-o cameră cu nori, necurbată într-un câmp magnetic, au trezit mult mai mult interes. D. Skobeltsyn a concluzionat că aceste traiectorii aparțin electronilor din magnitudinea ionizării de-a lungul traseului unei particule care zboară într-o cameră cu nori. Skobeltsyn a concluzionat că aceste urme aparțin electronilor radiației cosmice, dar nu sunt îndoite, deoarece au mare energie. Această ipoteză a fost în curând confirmată - urmele nu au dispărut după ce sursa de radiație γ a fost îndepărtată. Energia electronilor cosmici, conform estimărilor lui Skobeltsyn, a fost de ~ 1 GeV. În mod neașteptat, s-a dovedit că nu toate particulele au fost îndoite în aceeași direcție în câmpul magnetic. Unele particule au fost deviate ca și cum ar avea o sarcină pozitivă. La început, aceste urme au fost confundate cu protoni încărcați pozitiv. Cu toate acestea, natura ionizării de-a lungul pistei a fost aceeași ca și în cazul electronilor. Pentru a înțelege natura acestor particule, a fost necesar să se măsoare direcția de mișcare a particulelor și să se măsoare energia lor.
Rezultatele lui D. Skobeltsyn și metoda pe care a dezvoltat-o ​​pentru detectarea particulelor de radiații cosmice au trezit un mare interes în rândul fizicienilor. Mai multe laboratoare au început să creeze instalații similare. La Laboratorul Cavendish, P. Blackett și J. Occhialini au preluat această sarcină, iar în SUA, experimentele cu o cameră cu nori într-un câmp magnetic au fost începute de un tânăr cercetător
K. Anderson, care a lucrat sub conducerea laureatului Nobel J. Millikan. Până în 1932, K. Anderson făcuse câteva sute de fotografii ale particulelor cosmice într-o cameră cu nori într-un câmp magnetic. La fel ca D. Skobeltsyn, K. Anderson a observat urme ale particulelor încărcate atât negativ, cât și pozitiv.
În 1932, în revista Science a apărut o notă a lui K. Anderson, în care a raportat descoperirea unei noi particule în razele cosmice. Această particulă avea aceeași masă ca și electronul descoperit anterior, dar, spre deosebire de electron, nu avea o sarcină electrică negativă, ci pozitivă. Această observație a fost făcută de Anderson din observațiile traiectoriilor particulelor într-o cameră cu nori într-un câmp magnetic puternic.
S-a dovedit că particulele de raze cosmice observate de K. Anderson sunt îndoite într-o cameră cu nori plasată într-un câmp magnetic în direcții opuse, adică. Printre particulele înregistrate în camera de nor au fost atât particule încărcate negativ, cât și pozitive.

Orez. 3.1. Urme de particule cosmice obținute de Anderson într-o cameră cu nori plasată într-un câmp magnetic de 20.000–25.000 de oersted.

După experimentele lui Blackett și Occhialini, nu mai exista nicio îndoială că pozitronul era o nouă particulă. În plus, pentru prima dată au reușit să înregistreze în mod fiabil nașterea unei perechi electron-pozitron în timpul interacțiunii cuantei γ cu materia. Blackett și Occhialini au subliniat pentru prima dată că pozitronul este tocmai particula pe care P. Dirac o prezisese cu puțin timp înainte.
Curând a devenit clar că pozitronii pot fi produși nu numai în raze cosmice, ci și sub influența cuantelor γ cu energii mai mari de 1 MeV. Dacă plasați o placă de plumb într-o cameră cu nori și o iradiați cu γ-quanta dintr-o sursă radioactivă cu o energie γ-quanta > 1 MeV, atunci puteți observa două particule născute într-un punct, care sunt deviate în direcții opuse de un câmp magnetic, acestea sunt un electron și un pozitron. Nașterea pozitronilor are loc întotdeauna în perechi cu un electron.

γ → e + + e - .

În fig. Figura 3.3 arată nașterea unei perechi electron-pozitron într-o cameră cu nori umplută cu cripton.

Orez. 3.3. Nașterea unei perechi electron-pozitron într-o cameră cu nori.

Descoperirea pozitronului, o particulă ale cărei caracteristici sunt identice cu electronul cu excepția semnului sarcinii electrice (pentru pozitron este pozitiv), a fost un eveniment extrem de important în fizică. În 1928, P. Dirac a propus o ecuație pentru a descrie mecanica cuantică relativistă a electronului. S-a dovedit că ecuația lui Dirac are două soluții, ambele cu energie pozitivă și negativă. O stare de energie negativă descrie o particulă similară cu un electron, dar cu o sarcină electrică pozitivă.

P. Blackett, G. Occhialini: „Potrivit raportului lui Anderson, au găsit mai multe urme care ar trebui atribuite particulelor încărcate pozitiv cu masă neglijabilă. Anderson oferă descrieri detaliate ale acestor fotografii, deși fotografiile în sine nu sunt reproduse. Pe una dintre ele, direcția de mișcare poate fi dedusă fără ambiguitate din modificarea curburii căii după trecerea prin placa de plumb. Într-o altă fotografie, două urme care ies din placă sunt curbate în direcții opuse. Pe al treilea, două particule părăsesc placa, deviând în direcția în care sarcinile pozitive s-ar abate. Lungimea traseului și ionizarea caracteristică - toate acestea, împreună cu cea anterioară, îi oferă lui Anderson motive să afirme că ne confruntăm cu particule încărcate pozitiv cu o masă semnificativ mai mică decât masa unui proton.”

P. Blackett, G. Occhialini. „Distrugerea atomilor de către razele cosmice și electronul pozitiv”.

Pozitronul a fost prima particulă descoperită dintr-o întreagă clasă de particule numite antiparticule. Înainte de descoperirea pozitronului, diferitele roluri ale sarcinilor pozitive și negative din natură păreau misterioase. De ce există un proton greu, încărcat pozitiv, dar nu o particulă grea cu masa unui proton și o sarcină negativă? Dar există un electron ușor încărcat negativ. Descoperirea pozitronului a restabilit în esență simetria sarcinii pentru particulele de lumină. În teoria câmpului cuantic, electronul și pozitronul sunt particule complet egale. Un pozitron este o particulă stabilă și poate exista în spațiul gol, la fel ca un electron, la infinit. Cu toate acestea, atunci când un electron și un pozitron se ciocnesc, ei se anihilează. Electronul și pozitronul dispar, iar în locul lor se nasc doi γ ‑ cuantică (foton):

e - + e + → 2γ.

Există o transformare a particulelor cu masă diferită de zero (masa electronilor mc 2 = 0,511 MeV) în particule cu masă zero (fotoni).
Odată cu procesul de anihilare, a fost descoperit și procesul de naștere a unei perechi de particule - un electron și un pozitron. Perechile electron-pozitron au fost produse de γ-quanta cu o energie de câțiva MeV în câmpul Coulomb al nucleului atomic.
Atunci când particulele de înaltă energie interacționează cu materia, procesele de creare și anihilare a particulelor și antiparticulelor conduc la nașterea unui număr mare de particule secundare generate de o particulă primară de mare energie - averse în cascadă (Fig. 3.4, 3.5, 3.6) .

1. Este descrisă o metodă prin care este posibil să forțezi particulele cu energie enormă să fotografieze urmele propriilor căi într-o cameră cu nori.
2. Este desenată o imagine a fenomenelor cele mai izbitoare și caracteristice surprinse prin această metodă în unele dintre cele 500 de fotografii reușite; A fost discutată problema naturii „dușurilor” care constau din particule care oferă o combinație de mai multe sau chiar mai multe căi simultan în fotografii.
3. Luarea în considerare a intervalului, ionizării, curburii și direcției de mișcare a particulelor conduce la confirmarea concepției, exprimată mai întâi de Anderson, că trebuie să existe particule cu o sarcină pozitivă, dar cu o masă mai comparabilă cu masa unui electron decât cu cea a unui electron. alerga...
4. Se examinează problema originii electronilor pozitivi și negativi într-un duș... Comportarea ulterioară a electronilor pozitivi este considerată în lumina teoriei Dirac a „găurilor”.

Premiul Nobel pentru Fizică

1948 − P. Blackett. Pentru îmbunătățirea metodei camerei cu nori și a descoperirilor făcute în legătură cu aceasta în domeniul fizicii nucleare și al radiațiilor cosmice.

Orez. 3.4. Un pozitron creat de razele gamma într-o placă de plumb și trecut printr-o placă de aluminiu de 0,55 mm grosime. Energia pozitronilor deasupra plăcii de aluminiu este de 820 keV, sub placa de aluminiu este de 520 keV.

P. Blackett, G. Occhialini: „A face primul pas în descoperirea acestor fenomene complexe înseamnă, în primul rând, a stabili, prin identificare, natura particulelor care generează urmele. Acest lucru nu este complet ușor de rezolvat, deoarece datele culese din fotografii și folosite pentru a trage concluzii sunt adesea contradictorii. Cu toate acestea, aparent, este inevitabil să ajungem la concluzia minunată, risipitoare, pe care Anderson a făcut-o deja când a descifrat fotografii similare. Constă în faptul că unele dintre urme trebuie atribuite unor particule care poartă o sarcină pozitivă, dar au o masă neglijabilă în comparație cu masa protonului.”

Orez. 3.5. Dezvoltarea dușului în plăci de plumb.

Orez. 3.6. Dezvoltarea dușului în plăci de plumb.

P. Blackett, G. Occhialini:„Pentru a determina semnul sarcinii unei particule, trebuie să știți în ce direcție s-a deplasat de-a lungul pistei. Există patru moduri de a afla despre asta din fotografii:

Particula pătrunde într-o placă de metal suficient de groasă, astfel încât, la ieșirea din ea, particula și-a pierdut o parte notabilă din energie. Este evident că în acest caz mișcarea are loc dinspre partea valorii mai mari a lui Hρ spre cea mai mică. Altfel, ar trebui să presupunem existența unui câștig de energie în interiorul plăcii, iar această posibilitate este atât de improbabilă încât avem dreptul să o respingem. Dacă, la fotografiere, se întâlnește o particulă foarte lentă, atunci există posibilitatea de a detecta o modificare a Hρ cauzată de pierderea constantă de energie în timpul trecerii particulei prin gaz.

1. Pe de altă parte, dacă particula provoacă apariția oricărei particule secundare cu energie suficientă, de exemplu, într-o coliziune cu un electron liber, atunci unghiul dintre pista secundară și primar va indica direcția de mișcare a particulelor.
2. Dacă un grup de piste diverge de la un punct comun sau o regiune mică a spațiului, atunci există o probabilitate foarte mare - deși nu o certitudine - ca fiecare particulă a unui astfel de grup să se îndepărteze de această regiune.
3. Dacă traseul este observat într-o direcție aproape verticală, atunci este mai probabil ca particula să se miște mai degrabă în jos decât în ​​sus. Ultima presupunere se bazează pe faptul incontestabil că ionizarea sub influența radiației cosmice crește de la adâncimi la înălțimi. Cu toate acestea, este dificil să se estimeze numeric această probabilitate, deoarece repetabilitatea unor astfel de fenomene, așa cum este înregistrată în Fig. 13, unde există cel puțin o particulă reflectată în sus.”

În fizica clasică, conceptele de particule și unde sunt puternic diferențiate - unele obiecte fizice sunt particule, în timp ce altele sunt unde. Transformarea perechilor electron-pozitron în fotoni a oferit o confirmare suplimentară a ideii că există multe în comun între radiație și materie.

P. Blackett, G. Occhialini:„Este clar că există mai multe procese diferite care dau naștere unor căi complexe de precipitații. Într-un număr mic de cazuri, acest proces este destul de simplu. O particulă care intră - de obicei un electron negativ sau pozitiv - elimină, după toate probabilitățile, trei sau mai multe particule dintr-un singur nucleu. Orez. 17 confirmă clar că particula incidentă ejectează 2 electroni din nucleul de cupru (ambele cu E e ≈ 13 10 6 V ) împreună cu un proton. Erupția ar fi putut fi însoțită și de alte particule, dar aparent aveau o distanță de parcurs prea insuficientă pentru a depăși grosimea plăcii și a ieși din ea. Orez. 13 oferă o imagine a doi electroni (E e ≈ 10 10 6 și 13 10 6 V) doborâți din nucleul plumb și alți doi cu energie mai mare ( E e > 100 10 6 V ), eliminat în vârf. Este posibil ca unul dintre ultimele două să fie o particulă incidentă care explodează nucleul, iar apoi celălalt electron să fie unul dintre fragmentele care zboară în sus în timpul exploziei. De asemenea, este posibil ca ambele particule superioare să fie produse ale distrugerii miezului; atunci în acest caz autodistrugerea va trebui să fie atribuită unui agent neionizant.
Cu toate acestea, ambele cazuri sunt relativ simple în comparație cu imaginea complexă a ploilor abundente. În acest proces cel mai tipic are loc o erupție simultană a unui număr de particule care zboară cu o energie enormă. Aceste particule sunt de obicei ejectate în direcții cuprinse într-un con destul de îngust, dar există cazuri (Fig. 12) când acest con este destul de lat. Este destul de firesc să căutăm o explicație pentru conul îngust de dispersie a particulelor în impulsul care le-a fost transmis în momentul impactului de către o particulă incidentă care are o energie extrem de mare. Nu este încă posibil să se stabilească natura tuturor particulelor ejectate din nucleu, dar, aparent, printre ele predomină electronii negativi și pozitivi; Există unele indicii, deși încă insuficiente, că, într-un număr de cazuri, ambii electroni sunt eliminați în aproximativ aceeași cantitate.
Aspectul acestor particule este de mare interes; în special, fără îndoială, ele se nucleează adesea într-un material cu greutate atomică ușoară și medie, deoarece centrii emitenți se găsesc în aer, sticlă, aluminiu și cupru. Conform celor mai recente idei despre structura nucleului, astfel de nuclee ușoare nu ar trebui să aibă electroni negativi liberi. Și cel puțin electroni pozitivi și negativi au fost deja găsiți provenind dintr-un centru punctual separat de radiație din sticlă, cupru sau plumb (Fig. 12, 11 și 10) și, prin urmare, după toate probabilitățile, dintr-un nucleu separat.
Există trei ipoteze posibile pe care avem dreptul să le facem cu privire la apariția acestor particule: ele ar putea exista în miezul distrus de la bun început, chiar înainte de coliziune; ele ar putea exista în particula incidentă; în cele din urmă, acestea ar putea apărea în timpul procesului de coliziune. În absența oricărei dovezi independente a existenței independente a particulelor înainte ca nucleul să fie agitat, este rezonabil să acceptăm ultima dintre aceste trei ipoteze. Apoi, având în vedere dificultățile binecunoscute care apar atunci când se tratează electronii din interiorul nucleelor ​​ca obiecte mecanice independente, ipoteza din urmă are poate un avantaj mai mare în acest sens. Apoi, conform acestei ipoteze, toate ploile (împreună cu dezintegrarea β obișnuită) ar trebui imaginate ca procesul de apariție a unei particule în sensul literal al cuvântului.
Această întrebare este extrem de strâns legată de problema structurii neutronului. Conform viziunii neutronului ca o particulă complexă, electronii negativi în averse pot fi obținuți prin împărțirea fiecărui neutron într-un electron negativ și un proton, dar această schemă nu explică apariția electronilor pozitivi. În plus, aceasta duce la faptul că ar trebui să ne așteptăm la mai multe urme de protoni în fotografii decât se observă de fapt.”

P. Blackett, G. Occhialini:„Existența electronilor pozitivi în aceste averse ridică imediat o întrebare firească: de ce au scăpat de observație până acum? Este clar că ele pot avea doar o durată de viață limitată ca particule libere, deoarece nu apar în nicio substanță în condiții normale.
Este foarte posibil ca acestea să se poată combina cu alte particule elementare și să formeze nuclee stabile, încetând în același timp să fie libere. Dar pare mai acceptabil ca acestea să dispară atunci când interacționează cu un electron negativ, eliberând 2 cuante sau mai multe.
Acest ultim mecanism este dat direct în teoria Dirac a electronilor.Potrivit acestei teorii, stările cuantice din regiunea energiei cinetice negative, care reprezentau anterior un obstacol de netrecut în calea interpretării fizice, sunt aproape toate, cu puține excepții, pline cu electroni negativi. . Cele câteva stări neocupate se comportă ca niște particule obișnuite cu energie cinetică pozitivă și sarcină pozitivă. Dirac însuși s-a gândit să identifice aceste „găuri” cu protoni, dar acest lucru a trebuit să fie abandonat când s-a stabilit că aceste „găuri” ar trebui să aibă aceeași masă cu electronii negativi. Sarcina imediată și importantă care urmează este de a determina experimental masa electronului pozitiv prin măsurători precise ale ionizării și Hρ . Acum putem spune doar că absența unei diferențe între ionizarea urmelor de electroni negativi și pozitivi în același timp Hρ a devenit certitudine, iar aceasta servește indirect ca dovadă temporară a egalității maselor lor.
Conform teoriei lui Dirac, electronii pozitivi au doar o durată de viață medie foarte scurtă până când un electron negativ de sus sare cu ușurință într-o stare neocupată. Astfel, „gaura” va fi umplută, iar electronii pozitivi și negativi vor dispărea în același timp; în acest caz vor fi emise 2 cuante de energie.
Ne simțim obligați prof. Dirac nu numai pentru o discuție foarte valoroasă și repetată a acestor probleme, ci și pentru permisiunea de a prezenta rezultatele calculelor sale pentru a determina probabilitatea reală a acestui proces de „anihilare” (dispariție) a electronilor. Dimensiunile secțiunii transversale ale electronilor în timpul anihilării (în unități de suprafață) sunt:

și γ = (1 − v2/c2) -1/2, iar v este viteza electronului pozitiv.”

În nucleele atomice stabile există o anumită relație de echilibru între numărul de protoni Z și numărul de neutroni din nucleul N

unde A + Z + N. Dacă numărul de protoni depășește această valoare de echilibru, atunci protonul p din nucleu se poate transforma, ca urmare a dezintegrarii β +, într-un neutron n, un pozitron e + și un neutrin electronic ν e

p → n + e + + ν e .

Pozitronii se formează în timpul dezintegrarii β + a nucleelor ​​atomice. Pentru prima dată, pozitronii produși în timpul dezintegrarii β + au fost observați de F. Joliot și I. Curie.
O astfel de dezintegrare are loc numai în interiorul nucleului atomic. Un proton liber este o particulă stabilă deoarece masa sa m(p) este mai mică decât suma maselor neutronului m(n), pozitronului m(e +) și neutrinului m(ν e). O situație similară apare și în cazul nucleelor ​​supraîncărcate cu neutroni în raport cu valoarea de echilibru. Neutronul n din interiorul nucleului se descompune, transformându-se într-un proton p, un electron e - și un electron antineutrin e

n → p + e - + e.

Cu toate acestea, spre deosebire de un proton, dezintegrarea unui neutron liber este posibilă, deoarece masa în repaus a unui neutron m(n) este mai mare decât suma maselor unui proton m(p), electronului m(e -) și electronului antineutrin m(e). Dezintegrarea protonilor și neutronilor din nucleul atomic a dus la apariția unui concept extrem de profund al fizicii particulelor - ca urmare a descompunerii, apar noi particule care nu erau în starea inițială. Antineutronul proton, electron și electroni nu există în interiorul neutronului; ele se formează în timpul dezintegrarii beta a neutronului. Acest concept a fost dezvoltat pentru prima dată de E. Fermi în teoria sa despre dezintegrarea β.
Procesele de dezintegrare β, anihilare și crearea perechilor ne-au forțat să regândim ce este o particulă elementară. O particulă elementară a încetat să mai fie o „cărămidă” imuabilă în structura materiei. A apărut un nou concept extrem de profund al transformării reciproce a particulelor elementare. S-a dovedit că particulele elementare pot să se nască și să dispară, transformându-se în alte particule elementare.

Surse de pozitroni

Pozitronii se formează în timpul dezintegrarii nucleilor β + -radioactivi, majoritatea fiind produși artificial sau au rămas pe Pământ ca produse ale nucleosintezei în stele.

22 Na – sursă de pozitroni

Izotopul 22 Na este utilizat pe scară largă ca sursă de pozitroni. Timpul de înjumătățire al izotopului 22 Na este de 2,6 ani. În 90% din cazuri, dezintegrarea apare ca urmare a dezintegrarii β+

22 Na → 22 Ne + e + + ν e,

cu formarea izotopului stabil 22 Ne (fig. 3.7).
În 10% din cazuri, dezintegrarea 22 Na are loc ca urmare a capturii electronice

22 Na + e - → 22 Ne + ν e.

Orez. 3.7. Sursă radioactivă de pozitroni 22 Na.

Aproape 100% din dezintegrari apar în prima stare excitată de 22 Ne cu energie E* = 1,27 MeV, J P = 2 + . Dezintegrarea la starea fundamentală 22 Ne J P = 0 + este 0,05%. Prin urmare, dezintegrarea β + a 22 Na este aproape întotdeauna însoțită de apariția unui cuantum γ cu o energie de 1,27 MeV.

Raze cosmice. Descoperirea pozitronului

În 1932, în razele cosmice a fost descoperită o altă particulă elementară - pozitronul.

În 1899, M. Sklodowska-Curie, încercând să explice originea radioactivității, a formulat o ipoteză despre existența radiației care umple întreg spațiul cosmic. Afirmația că „suntem cufundați în radiații continue, pe care nu le putem evita”, a fost exprimată în 1906 de Geitel, descriind experimentele lui și ale lui Elster privind măsurarea ionizării în minele adânci. Geitel se referea la declarația lui Cook din 1903 că „există o radiație puternică care pătrunde deasupra pământului”. Cu toate acestea, existența radiațiilor cosmice a fost dovedită cu toată certitudinea de către fizicianul austriac Victor Hess, care a urcat cu un electroscop într-un balon la 7 august 1912. El a raportat rezultatele experimentului său într-un articol publicat în numărul din noiembrie a revistei Physikalische. Zeitschrift. Aici el a scris: „Rezultatele observațiilor mele sunt cel mai bine explicate prin presupunerea că radiația de mare putere de penetrare cade din spațiul cosmic la limita atmosferei”. Așa au fost descoperite razele cosmice. În 1936, Hess a primit Premiul Nobel pentru Fizică pentru această descoperire.

Lucrările ulterioare ale oamenilor de știință, în special ale fizicianului american Milladsen și ale fizicianului sovietic L.V. Mysovsky (1888-1939), au confirmat presupunerea lui Hess și au studiat proprietățile radiației cosmice.

Millikan și Mysovsky, după ce au efectuat măsurători sub apă, au arătat capacitatea enormă de penetrare a acestor raze. Millikan considera radiațiile cosmice ca fiind raze Y extrem de dure, iar acest punct de vedere a fost în general acceptat până în anii 30 ai secolului XX.

În 1929, fizicianul sovietic D.V. Skobeltsyn a folosit o cameră Wilson plasată într-un câmp magnetic pentru a studia razele cosmice. Metoda lui Skobeltsyn a dus imediat la o descoperire importantă. Skobeltsyn a demonstrat în mod irefutat că radiația cosmică conține particule de electroni încărcate. El a descoperit urme ale unor astfel de electroni slab îndoiți de un câmp magnetic. În fotografiile sale existau și urme ușor curbate în direcția opusă electronilor, dar Skobeltsyn nu a putut spune nimic cert despre particulele care au lăsat aceste urme.

În 1932, fizicianul american K. Anderson a introdus o îmbunătățire a metodei lui Skobeltsyn: a aplicat un câmp magnetic de zece ori mai puternic decât câmpul folosit de Skobeltsyn. În același timp, a descoperit imediat urme curbe aparținând unor particule încărcate negativ și pozitiv: electroni și protoni, așa cum credea inițial.

Pentru a judeca cu încredere direcția mișcării particulelor, Anderson a împărțit camera în două părți cu o placă de plumb. Particula, care a trecut prin placa de plumb, încetinește, iar calea sa este mai curbată de câmpul magnetic. Anderson a obținut o fotografie a unei particule îndoite în direcția opusă electronilor. Raza de curbură și natura pistei au arătat că această particulă are masa unui electron și o sarcină pozitivă egală cu sarcina electronului. Anderson a numit această particulă pozitron.

Descoperirea pozitronului a adus în minte teoria lui Dirac. În 1928, Dirac a obținut o ecuație relativistă pentru electron. Această ecuație a condus la concluzia că electronul are spin și a dat o valoare exactă pentru structura fină a nivelurilor de energie a hidrogenului. Cu toate acestea, în teoria lui Dirac a existat un lucru neplăcut numit „dificultate plus sau minus”. În teoria relativității există o relație pentru energie:

De obicei, semnul minus este eliminat ca neavând semnificație fizică. Regiunea valorilor energiei pozitive și negative a fost separată printr-un interval finit +m0с 2 - (-m0с 2) = 2m0с 2. Deoarece energia se schimbă continuu în teoria clasică, valorile negative ale energiei sunt aruncate. În teoria cuantică, un salt în energie de la valori negative la valori pozitive este acceptabil. „În teoria cuantică”, scria Dirac în 1930 în cartea sa „Fundamentals of Quantum Mechanics”, „pot avea loc tranziții discontinue, iar dacă electronul este inițial într-o stare cu energie cinetică pozitivă, atunci poate sări într-o stare cu cinetică negativă. energie . Prin urmare, nu mai este posibil să ignorăm existența stărilor cu energie negativă, așa cum s-ar putea face în teoria clasică.”

În căutarea unei ieșiri, Dirac și-a propus o idee ciudată. El a sugerat că toți electronii din Univers ocupă niveluri cu energie negativă, conform principiului de excludere Pauli, formând un fundal neobservabil.Se observă doar electronii cu energie pozitivă. „Electronii”, scrie Dirac, „sunt distribuiți în întreaga lume cu o densitate mare în fiecare punct. Golul perfect este acea regiune în care sunt ocupate toate stările cu energie negativă.” „Starile neumplute cu energie negativă vor apărea ca ceva cu energie pozitivă, deoarece pentru ca ele să dispară, acolo trebuie introdus un electron cu energie negativă. Presupunem că aceste stări neocupate cu energie negativă sunt protoni.”

Teoria lui Dirac a fost întâmpinată cu scepticism. Fundalul ipotetic al electronilor a provocat neîncredere; în plus, teoria lui Dirac, în cuvintele sale, „era foarte simetrică în ceea ce privește electronii și protonii” -

Dar un proton diferă de un electron nu numai prin semnul sarcinii sale, ci și prin masă.Descoperirea pozitronului, o particulă cu adevărat simetrică cu electronul, a forțat o nouă evaluare a teoriei lui Dirac, care a prezis în esență existența pozitronul și alte antiparticule. La Conferința de la Leningrad din 1933, Dirac a subliniat esența teoriei pozitronilor astfel: „Să presupunem că în lumea pe care o cunoaștem, aproape toate stările electronice cu energie negativă sunt ocupate de electroni. Această colecție de electroni așezați la niveluri energetice negative, datorită omogenității sale, nu poate fi percepută de simțurile și instrumentele noastre de măsură, și doar nivelurile neocupate de electroni, fiind ceva excepțional, un fel de încălcare a omogenității, pot fi observate de noi. exact în același mod, când observăm stările ocupate ale electronilor cu energii pozitive. Stări neocupate cu energie negativă, adică. „găurile” în distribuția electronilor cu energie negativă vor fi percepute de noi ca particule cu energie pozitivă; la urma urmei, absența energiei cinetice negative este echivalentă cu prezența energiei cinetice pozitive, deoarece minus cu minus dă plus... Pare rezonabil să identificăm o astfel de „găuri” cu un pozitron, adică să afirmăm că un pozitron este o „gaură” în distribuția electronilor cu energie negativă.” .

Desigur, un electron cu energie pozitivă se poate deplasa la un nivel neocupat de energie negativă, emițând energie în exces 2m0c 2 sub formă de cuante de raze y.

„Conform teoriei lui Dirac”, a scris F. Joliot, „un electron pozitiv, atunci când se ciocnește cu un electron negativ liber sau slab legat, poate dispărea, formând doi fotoni emiși în direcții opuse. Energia fiecărui foton este de 0,5 10 eV; suma acestor energii, egală cu 106 eV, corespunde anihilării masei a doi electroni.”

Există și un proces invers - „materializarea” fotonilor, când „fotonii cu energie suficient de mare, la ciocnirea cu nuclee grele, pot crea electroni pozitivi... un foton, interacționând cu un nucleu, poate crea doi electroni cu sarcini opuse. .”

La conferința de la Leningrad, Joliot a arătat o fotografie într-o cameră cu nori în care a fost înregistrată nașterea unei perechi electron-pozitron.

Din cartea Stars: Their Birth, Life and Death [Ediția a treia, revizuită] autor Şklovski Iosif Samuilovici

Capitolul 4 Maseri cosmici La scurt timp după descoperirea primelor linii radio de hidroxil interstelar, în timp ce realizam un program de rutină de observații ale diverșilor nori de gaz interstelar la o lungime de undă de 18 cm (linia OH!), un nou, excepțional

Din cartea Secretele spațiului și timpului autor Komarov Victor

Din cartea Atomi și electroni autor Bronshtein Matvey Petrovici

Capitolul trei. Electroni și raze X La sfârșitul secolului al XVIII-lea, celebrul american Benjamin Franklin, care a devenit celebru nu numai pentru participarea sa la lupta coloniilor britanice din America pentru independență, ci și pentru experimentele sale electrice și mai ales pentru invenția sa.

Din cartea Convorbiri autor Dmitriev Alexey Nikolaevici

Din cartea Cinci probleme nerezolvate ale științei de Wiggins Arthur

Salvarea razelor cosmice Nu este suficient să prezicem existența unor noi particule; acest lucru trebuie confirmat prin experimente. Și din moment ce nimeni nu avea dovezi ale existenței pozitronului, acesta părea îndoielnic. La începutul anilor 1930, fizicianul american Carl Anderson a atras

Din cartea NIKOLA TESLA. PRELEGII. ARTICOLE. de Tesla Nikola

razele X sau fluxurile* În primul raport despre descoperirile sale de epocă, Roentgen și-a exprimat convingerea că fenomenele pe care le-a observat sunt o consecință a unor noi tulburări în eter. Acest punct de vedere necesită o analiză mai atentă, deoarece este probabil

Din cartea Ce spune lumina autor Suvorov Serghei Georgievici

IV - TOATE razele de același fel În paragraful anterior se explică existența aparentă a razelor de diferite tipuri, adică, după cum se spune, cu frecvențe diferite de vibrație. În opinia mea, atât viteza, cât și, probabil, dimensiunea particulelor sunt diferite, ceea ce explică complet contradicția

Din cartea Istoria laserului autor Bertolotti Mario

CUM FORŢELE COSMICE NE CONTURĂ SORTELE* Fiecare fiinţă vie este un mecanism.Deşi pare că numai mediul imediat îl influenţează, sfera de influenţă exterioară se extinde la o distanţă infinită. Nu există o astfel de constelație, nebuloasă, soare sau planetă

Din cartea Tweets despre Univers de Chaun Marcus

Cum distinge fizicienii razele colorate Descoperirea proprietăților ondulatorii ale luminii a făcut posibilă caracterizarea cu acuratețe a razelor de lumină colorate individuale. Două raze colorate diferite, oricât de apropiate ni s-ar părea în culoare, diferă una de alta ca lungime de undă sau frecvență.

Din cartea Prevalența vieții și unicitatea minții? autor Mosevitski Mark Isaakovich

Maseri cosmici Aici cititorul poate crede că maserul este o invenție umană. Cu toate acestea, Natura, așa cum se întâmplă adesea, a arătat că nu este nimic nou sub Lună! Cu câțiva ani în urmă, în radioastronomie, oamenii de știință au început să facă observații la o frecvență de 1420 MHz, ceea ce

Din cartea Cum să înțelegeți legile complexe ale fizicii. 100 de experimente simple și distractive pentru copii și părinții lor autor Dmitriev Alexandru Stanislavovici

138. Ce sunt razele cosmice? Acestea nu sunt raze, ci particule încărcate rapid din spațiu, a căror origine este încă puțin înțeleasă.În 1912, zburând într-un balon cu aer cald la o altitudine de 5300 m, fizicianul austriac Victor Hess a descoperit că atomii din aer la înălțime altitudinile sunt lipsite de majoritatea

Din cartea Asteroid-Comet Hazard: Yesterday, Today, Tomorrow autor Shustov Boris Mihailovici

139. Ce ne spun neutrinii cosmici despre Univers? Neutrinii sunt particule subatomice care practic nu au masă. Ele interacționează rar cu alte particule, ceea ce le face dificil de detectat Neutrinii au fost postulați în 1930 de Wolfgang Pauli pentru a explica

Din cartea Marie Curie. Radioactivitatea și elementele [Secretul cel mai bine păstrat al materiei] autor Paes Adela Muñoz

Din cartea autorului

36 Prinderea razelor în apă noroioasă Pentru experiment vom avea nevoie de: o lupă (poate că ochelarii bunicului sau bunicii vor face), un borcan de trei litri, o lumânare, o jumătate de linguriță de făină. Luați doar puțină făină obișnuită, o jumătate de linguriță. Se diluează în apă, astfel încât să fie

Din cartea autorului

4.3. Efecte non-gravitaționale. Expediții spațiale către nucleele cometelor Ce este știința astăzi este tehnologia mâine. Edward Teller Spre deosebire de asteroizi, cometele prezintă trăsături caracteristice în mișcarea lor care sunt denumite în mod obișnuit efecte non-gravitaționale. Sub

Din cartea autorului

RAZE ÎN ÎNTUNEC Prima întrebare pe care cuplul a pus-o a fost despre subiectul cercetării lui Mary. Pierre era deja un om de știință celebru când a cunoscut-o pe Maria, lucru pe care ea o înțelegea perfect, în ciuda lipsei de recunoaștere din partea instituțiilor științifice oficiale din Franța, cum ar fi

−1 și egal cu masa electronului. Când un pozitron interacționează cu un electron, masa lor este convertită în energie sub formă de doi (și mult mai rar, trei sau mai multe).

Pozitronii apar într-unul dintre tipuri (emisia de pozitroni), precum și atunci când interacționează cu energii mai mari de 1,022 MeV s. Ultimul proces se numește „naștere pereche”, deoarece atunci când are loc, un foton, interacționând cu un câmp electromagnetic, formează simultan un pozitron.

Deschidere

Existența pozitronului a fost propusă pentru prima dată în . Teoria lui Dirac a descris nu numai un electron cu o sarcină electrică negativă, ci și o particulă similară cu o sarcină pozitivă. Absența unei astfel de particule în natură a fost considerată ca o indicație a „soluțiilor suplimentare” la ecuațiile Dirac. Dar descoperirea pozitronului a fost un triumf al teoriei.

În conformitate cu teoria lui Dirac, un electron și un pozitron se pot naște ca o pereche, iar acest proces trebuie să necesite energie egală cu energia de repaus a acestor particule, 2 × 0,511 MeV. Deoarece se știa că cele naturale emit γ-quanta cu energii mai mari de 1 MeV, părea posibil să se obțină pozitroni în laborator, ceea ce s-a făcut. O comparație experimentală a proprietăților pozitronilor și electronilor a arătat că toate caracteristicile fizice ale acestor particule, cu excepția semnului sarcinii electrice, coincid.

Anihilare

Din teoria lui Dirac rezultă că atunci când un electron și un pozitron se ciocnesc, ele trebuie să elibereze energie egală cu energia totală a particulelor care se ciocnesc. S-a dovedit că acest proces are loc în principal după decelerația unui pozitron în materie, când energia totală a două particule este egală cu energia lor de repaus de 1,022 MeV. Experimental, au fost înregistrate perechi de γ-quanta cu o energie de 0,511 MeV, împrăștiate în direcții direct opuse față de o țintă iradiată de pozitroni. Necesitatea apariției nu a unei, ci a două γ-quante în timpul anihilării unui electron și a unui pozitron rezultă din. Momentul total al unui pozitron și electron oprit înainte de procesul de transformare este egal cu zero, dar nu poate fi zero atunci când se formează un singur cuantum γ din cauza anihilării.

Consecințele descoperirii pozitronului

Pozitronul a fost primul descoperit. Existența unei antiparticule de electroni și corespondența proprietăților totale a două antiparticule cu concluziile teoriei lui Dirac, care ar putea fi generalizate la alte particule, au indicat posibilitatea naturii de pereche a tuturor particulelor elementare și a orientat cercetările fizice ulterioare. Această orientare s-a dovedit a fi neobișnuit de fructuoasă, iar în prezent natura pereche a particulelor elementare este o lege a naturii precis stabilită, fundamentată de un număr mare de fapte experimentale.

Literatură

• Klimov A.N. Fizică nucleară și reactoare nucleare. M. Atomizdat, 1971.