ماهيت پوزيترون الکترون و پوزیترون ، دو ذره کاملا یکسان با بارهای متفاوت
تاریخچه کشف پوزیترون
اولین 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 شناسایی
بعدها 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.
انفعالات پوزیترونی
نتایج 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 پوزیترون
پس 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 ذرات
خواص 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 پوزیترون
پوزیترون 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
تاریخچه کشف پوزیترون
اولین 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 شناسایی
بعدها 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.
انفعالات پوزیترونی
نتایج 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 پوزیترون
پس 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 ذرات
خواص 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 پوزیترون
پوزیترون 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