البوزيترون Positron جُسيم أولي لا يدخل في تكوين المادة العادية ولا يوجد حرا طليقا، ولا في نواة الذرة والنيوترون، ويعتبر الجسيم المُضاد للإلكترون أو نقيض الإلكترون. وهو يتطابق مع الإلكترون في الصفات والخصائص الفيزيائية كافةً، فيما عدا الشحنة الكهربائية؛ إذ يحمل البوزيترون شحنة كهربائية موجبة مساوية لشحنة الإلكترون، ولكن على عكس الإلكترون الذي يحمل شحنة كهربائية سالبة. في حال اصطدام البوزيترون بالإلكترون يحدث ما يعرف بإبادة إلكترون-بوزيترون أي يتحولان إلي شعاعين من أشعة غاما. أي يتحولان إلى طاقة ويظهران على هيئة موجتين كهرومغناطيسيتين لهما نفس التردد. والبوزيترون هو اختصار لكلمة (Positive Electron)
| ||
|---|---|---|
 Cloud chamber photograph by C.D. Anderson of the first positron ever identified. A 6 mm lead plate separates the upper half of the chamber from the lower half. The positron must have come from below since the upper track is bent more strongly in the magnetic field indicating a lower energy |
||
| التكوين | جسيم أولي | |
| العائلة | فرميون | |
| المجموعة | ليبتون | |
| الجيل | الأول | |
| التفاعل | الجاذبية, كهرومغناطيسي, ضعيف | |
| جسيم مضاد | الكترون | |
| واضع النظرية | بول ديراك (1928) | |
| المكتشف | كارل أندرسون (1932) | |
| الرمز | β+ , e+ |
|
| الكتلة | 9.10938215(45)×10−31 كـg[1] 5.4857990943(23)×10−4 u[1] |
|
| الشحنة الكهربائية | +1 شحنة أولية 1.602176487(40)×10−19 C[1] |
|
| الدوران | 1⁄2 | |
تاريخ
النظرية
في عام 1928 قام بول ديراك (بالإنجليزي: بول ديراك) بنشر نظريته الممثلة في معادلة ديراك التي تجمع بين ميكانيكا الكم والنظرية النسبية الخاصة. من نتائج تلك النظرية أن اللأكترون يمكن أن تكون شحنته موجبة، أي أيا من الشحنتين الموجبة أو السالبة. أدت هذه النتيجة إلى مفهوم جديد للجسيمات الأولية ولدوران الالكترون في تفسير مفعول زيمان. هذا الاقتراح لم يكن يتضمن وجود جسيم ولكن سمح للإلكترون احتمالية امتلاك شحنة سالبة أو موجبة كحل للمعادلة. لم تسمح ميكانيكا الكم لحل يتجاهل طاقة سالبة كما كانت تفعل النظرية الكلاسيكية أحيانا في حل معادلاتها. الحل المزدوج لمعادلة ديراك تتضمن احتمالية انتقال الإلكترون تلقائيا بين الحالة الموجبة والسالبة. مع ذلك لم يلاحظ تجريبيا اي انتقال من هذا القبيل. ولكن بالتجارب ثبت وجود البوزيترون خلال بعض تفاعلات الجسيمات الأولية.
الأدلة التجريبية والاكتشافات
أول من لاحظ بوزترون هو دیمیتری اسکوبلتسین في عام 1929 عندما كان يستعمل غرفة ويلسون السحابية في محاولة كشف أشعة جاما في الاشعة الكونية . ديمتري اكتشف جسيمات تتصرف مثل الإلكترون ولكنها تنحني في اتجاه مسارها في الاتجاه المعاكس لانحناء مسار الإلكترون في مجال مغناطيسي خارجي.
كذلك في عام 1929، تشونغ ياو تشاو المتخرج من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، لاحظ بعض النتائج الغريبة حيث احتوت على جسيمات تتصرف مثل الإلكترون ولكن تحمل شحنة موجبة.
كارل اندرسون، اكتشف بوزيترون في 2 من اغسطس في عام 1932 الذي فاز بجائزة نوبل للفيزياء في عام 1936. اندرسون صاغ المصطلح بوزيترون. بوزيترون هي الدليل الاولى للمادة المضادة. كتب اندرسون استذكار يقول فيه أن بوزيترون تم اكتشافه مسبقا اعتمادا على أعمال تشونغ ياو تشاو.
اضمحلال β+ (انبعاث البوزترون)
- مقالة مفصلة: تحلل بيتا
نواة الذرة غير المستقرة والبروتونات الزائدة فيها تؤدي إلى حدوث اضمحلال بيتا β+ ، ويسمى بالاضمحلال البوزتروني. هذا التحلل هو عملية تحول بروتون إلى نيوترون في بعض النظائر المشعة وينتج خلالها البوزترون و نيوترينو:
p → n + e++ ν e
تحلل β+ يحدث داخل النواة فقط عندما تكون طاقة الارتباط في النواة الوليدة أقل من طاقة الارتباط في النواة الأم، أي تصبح النواة في مستوي طاقة أقل.
انتاجه
الابحاث الجديدة زادت بشكل كبير من كميات البوزيترونات التي ينتجها الفيزيائيون. وقد استعمل الفيزيائيون في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا ليزر فائق كثيف وصوبوا أشعته على شريحة من الذهب سمكها مليمتر واحد فأنتجت أكثر من 100 مليون بوزيترون.
تطبيقاته
يمكن بواسطة بعض معجلات الجسيمات إجراء تجارب بإستخدام البوزيترونات والإلكترونات التي تصل سرعاتها إلى سرعات قريبة من سرعة الضوء في الفراغ. فعند اصطدام تلك الجسيمات السريعة وفناء المادة/ و والمادة المضادة تنشأ جسيمات جديدة من مختلف الجسيمات تحت الذرية . ويدرس الفزيائيون تلك الجسيمات الجديدة الناتجة من عمليات إفناء الجسيمات ، وقد يكتشفوا بذلك جسيمات جديدة غير معروفة، كما يدرس الفزيائيون تلك التصادمات شديدة الطاقة ويقارنوا نتائجها بالنظريات الحسابية المتعلقة بها.
أشعة جاما الصادرة بطريقة غير مباشرة من عنصر مشع ينتج بوزيترونات يمكن الكشف عنها في تصوير مقطعي بالإصدار البوزيتروني positron emission tomography (PET) وتستخدم في بعض المستشفيات للتشخيص الطبي. التصوير بالـ PET ينتج صورا مجسمة للعمليات البيولوجية التي تتم في جسم الإنسان.[2] كما يمكن بواسطة مطياف إفناء البوزيترون positron annihilation spectroscopy فحص خواص المادة بغرض استكشاف تغير الكثافة ، و التغيرات البلورية و الثغرات ، و الإزاحة في المادة الصلبة.[3]
اقرأ أيضا
المصادر
- The fractional version’s denominator is the inverse of the decimal value (along with its relative standard uncertainty of 4.2×10−10).
- The original source for CODATA is:
- Mohr, P.J.; Taylor, B.N.; Newell, D.B. (2006). "CODATA recommended values of the fundamental physical constants". Reviews of Modern Physics. 80: 633–730. doi:10.1103/RevModPhys.80.633.
Individual physical constants from the CODATA are available at: - "The NIST Reference on Constants, Units and Uncertainty". المعهد الوطني للمعايير والتقنية. مؤرشف من الأصل في 14 أكتوبر 201315 يناير 2009.
- Mohr, P.J.; Taylor, B.N.; Newell, D.B. (2006). "CODATA recommended values of the fundamental physical constants". Reviews of Modern Physics. 80: 633–730. doi:10.1103/RevModPhys.80.633.
- Phelps, M. E. (2006). PET: physics, instrumentation, and scanners. Springer. صفحات 2–3. .
- "Introduction to Positron Research". St. Olaf College. مؤرشف من الأصل في 18 مايو 2013.