تاریخچه کشف پوزیترون

[parisa]

تاریخچه کشف پوزیتروناولین نشانه‌های وجود پوزیترون یعنی ذره سبکی که تنها اختلاف آن با ‏الکترون در علامت بار است، در سال 1932 به کمک اتاقک ابر ویلسون بدست آمد. در اتاقک ابر ویلسون ، واقع در میدان مغناطیسی ، رد باریکی که ‏بطور آشکار مربوط به یک ذره تک‌بار و خیلی سبک همانند الکترون بود، ‏مشاهده شد. اما در جهتی متناظر با بار مثبت منحرف می‌شد. ‏
خواص پوزیترون و نحوه شناساییبعدها ثابت شد که فرایند عمده برای تشکیل پوزیتون‌ها ، عبارتند از پرتوزایی ‏مصنوعی و اندرکنش اشعه های گامای پرانرژی وابسته به آنها با هسته‌های اتمی. یکی از این فرایندها را می‌توان با قراردادن اتاقک ابر ‏ویلسون در میدان و تاباندن باریکه نازک تابش بر آن بررسی کرد. در بعضی عکسها در مسیر باریکه تابش گاما ، رد دوگانه خاصی دیده می‌‏شود.

ذرات باردار متحرک در گاز ، با یونیدن اتمهای گازدار ، انرژی از دست می‌‏دهند و در نتیجه پیوسته از سرعت آن کاسته می‌شود. آزمون کامل این رد ، ‏آشکار می‌کند که خمیدگی هر شاخه آن با افزایش فاصله از پیچیدگی رد ‏تیزتر می‌شود. ‏این پدیده به این معناست که ما با ردهایی از جفت ذره خارج شونده از ‏یک نقطه سروکار داریم نه رد خم شده یک ذره. تنها با داوری از روی درجه ‏یونش ، هر دو رد به رد الکترون‌ها می‌مانند.

این ردها که معرف جفت ذرات ‏اخیر هستند، در میدان مغناطیسی و در جهتهای مختلف خم شده‌اند، ‏یعنی به ذره‌هایی باردار تعلق دارند.‏ با استفاده از مواد پرتوزا به‌عنوان چشمه‌های غنی پوزیترون ، مطالعه ‏جزئیات خواص این مواد ممکن شده است، بویژه ثابت شده است که ‏جرم پوزیترون دقیقا با جرم الکترون برابر یعنی حدود 2000/1 جرم پروتون ‏است.‏

 

[parisa]

انفعالات پوزیترونینتایج اخیر ، ما را به این نتیجه منجر می‌کند که یکی از ذره‌ها ، الکترون و ‏دیگری پوزیترون است. بنابراین کوانتومهای گاما که از درون ماده می‌گذرند ‏‏(گاز در اتاقک ابر ویلسون) ، به جای ذره واحد ، جفت الکترون و پوزیترون ‏تشکیل می‌دهند. این پدیده به تشکیل جفتهای الکترون و پوزیترون ‏معروف شده است کوانتوم با میدان ‏الکتریکی هسته اتمی ماده ، این جفت تشکیل می‌شود. در این فرایند ، کوانتوم به جفت الکترون و پوزیترون تبدیل می‌شود و ‏هسته بدون تغییر باقی می‌ماند.

فرایند عکس تشکیل جفت الکترون و پوزیترون نیز کشف شده است و ‏معلوم شده است که با نزدیکتر کردن الکترون و پوزیترون تا فاصله‌های ‏کوتاه بر اثر نیروهای جاذبه الکترومغناطیسی ، ممکن است دو کوانتوم ‏تشکیل و در جهتهای مخالف از یکدیگر دور شوند. فرایند ترکیب الکترون و ‏پوزیترون همراه با تبدیل آنها به کوانتوم‌های گاما را نابودی جفت نامیده‌اند. ‏نابودی بدلیل نبود پوزیترون روی زمین انتخاب شده است.
ناپایداری پوزیترونپس از زمان کوتاهی از تشکیل آن ، هر پوزیترون با یک الکترون محیط ترکیب ‏می‌شود و به دو کوانتوم نور تبدیل می‌شود. تشکیل جفتهای الکترون و ‏پوزیترون از کوانتومها و ترکیب الکترونها با پوزیترون‌ها که به تشکیل دو ‏کوانتوم منجر می‌شود، اساساً فرایند جدیدی است که در آن ، تبدیل ‏متقابل تابش میدان الکترومغناطیسی ( فوتون های گاما ) و ذرات ماده ‏الکترون و پوزیترون صورت می‌گیرد.

​

کشف پوزیترون اثباتی بر خواص موجی ذراتخواص ذرات از جنبه‌های زیادی با خواص میدان الکترومغناطیسی (نور) ‏فرق دارد. عمده‌ترین اختلاف این است که همه اجسام پیرامون ما از ذرات ‏ساخته شده‌اند. ممکن است به نظر رسد که فقط نور است که عمل ‏انتقال انرژی از بعضی اجسام به بعضی دیگر را انجام می‌دهد، به این دلیل ‏حتی در آغاز قرن 20 بر این باور بودند که نور (میدان الکترومغناطیسی) و ‏ماده را سد غیر قابل گذری از یکدیگر جدا کرده است.

بعدا خواص ذره‌ای نور کشف شد و معلوم شد که نور ، خواص شارش ذرات ‏فوتون‌ها را باخواص موجی همراه دارد. از طرف دیگر خواص موجی که قبلاً ‏فقط به نور اختصاص می‌دادند و ‏یکی از خصایص متمایز آن می‌شمردند، در ذرات ماده نیزکشف شد. این ‏اکتشافات روی شکاف میان مفاهیم نور و ماده پل زد. مهمتر از این ، بعد از کشف تبدیل‌های متقابل نور (کوانتومهای گاما) و ذرات ‏ماده (جفتهای الکترون و پوزیترون) ، روشن شد که ارتباط بسیار ریشه‌داری ‏میان نور و ماده وجود دارد.

ذرات ماده و فوتون‌ها (میدانهای ‏الکترومغناطیسی) دو شکل مختلف ماده‌اند. فوتون خصایص مشترک زیادی با ذرات دیگر از خود به نمایش می‌گذارد، ‏ولی ویژگی مهمی دارد و آن این است که جرم در حال سکون (جرم سکون) آن برابر ‏صفر است. فوتون ، همیشه با سرعت نور حرکت می‌کند. هرگاه ناگزیر به ‏توقف شود (نظیر موقع جذب) ، دیگر نوری وجود نخواهد داشت.‏
چشمه‌های تولید پوزیترونپوزیترون را به‌تنهایی نمی‌توان تولید کرد، زیرا ذره ناپایداری است و به‌سرعت ناپدید می‌شود. عموما پوزیترون را به کمک واکنشهای هسته‌ای بنیادی و نیز به‌کمک پدیده تولید جفت به همراه الکترون از نابودی یک فوتون بدست می‌آورند. سیستم آشکارسازی پوزیترون نیز همانند نحوه تولیدش به لحاظ ناپایداری پوزیترون فرایند مستقلی نمی‌باشد و بیشتر از طریق پدیده نابودی جفت به وجود پوزیترون پی می‌برند.