Позитро́ний — связанная квантовомеханическая система ( экзотический атом ), состоящая из электрона и позитрона . В зависимости от взаимного направления спинов электрона и позитрона различают ортопозитроний (спины сонаправлены, суммарный спин S = 1 ) и парапозитроний (спины противоположно направлены, суммарный спин S = 0 ). Позитроний, как и атом водорода , представляет собой систему двух тел , и его поведение и свойства точно описываются в квантовой механике . Он был впервые экспериментально идентифицирован в 1951 году .

Свойства

Поскольку приведённая масса позитрония почти вдвое меньше приведённой массы электрона , радиус атома позитрония в основном состоянии 0,106 нм (вдвое больше атома водорода), а его потенциал ионизации из основного состояния равен 6,77 эВ (вдвое меньше потенциала ионизации водорода).

Позитроний быстро аннигилирует , его время жизни зависит от спина: покоящийся парапозитроний в вакууме аннигилирует в среднем за:

${\displaystyle t_{0}={\frac {2\hbar }{m_{\mathrm {e} }c^{2}\alpha ^{5}}}=~{\text{0,1244 нс}}}$

Парапозитроний аннигилирует на два гамма-кванта с энергией по 511 кэВ и противоположными импульсами .

Ортопозитроний живёт на три порядка дольше:

${\displaystyle t_{1}={\frac {{\frac {1}{2}}9h}{2m_{\mathrm {e} }c^{2}\alpha ^{6}(\pi ^{2}-9)}}=~{\text{138,6 нс}}}$

Ортопозитроний распадается на три гамма-кванта, в силу сохранения зарядовой чётности . В среде время жизни позитрония уменьшается (для ортопозитрония в твёрдом веществе оно становится менее 1 нс), и относительная вероятность аннигиляции в 2 гамма-кванта растёт. Возможна аннигиляция позитрония в большее число гамма-квантов, однако вероятность этого очень мала. В любом случае суммарная энергия аннигиляционных гамма-квантов в системе центра инерции позитрония равна 1022 кэВ (соответствует удвоенной массе электрона).

Масса основного состояния ортопозитрония ( терм ³ S ₁ ) на 8,4⋅10 ⁻⁴ эВ больше, чем основного состояния парапозитрония ( терм ¹ S ₀ ), между этими двумя состояниями возможны переходы. При образовании атома позитрония из неполяризованных частиц ортопозитроний возникает втрое чаще, так как его статистический вес g = 2 S + 1 втрое больше, чем у парапозитрония. Хотя время жизни позитрония мало́, он успевает вступить в химические реакции. Химия позитрония достаточно хорошо изучена (как правило, она рассматривается в рамках , хотя электрон и позитрон не относятся к мезонам ). Химический символ позитрония — Ps . Химически позитроний близок к водороду, его взаимодействия используются для изучения кинетики химических реакций , диффузии , фазовых переходов и других физико-химических процессов в газах и конденсированных средах.

Позитроний (как и мюоний ) является чисто лептонным атомом, поэтому его спектроскопия и прецизионное измерение времени жизни представляют особый интерес для проверки предсказаний квантовой электродинамики . Изучается также отрицательный ион позитрония Ps ⁻ , состоящий из двух электронов и позитрона.

Молекулярный позитроний

Молекуля́рный позитро́ний , дипозитро́ний , Ps ₂ — молекула, состоящая из двух атомов позитрония (то есть связанная система из двух электронов и двух позитронов ).

В 1946 Дж. А. Уилер предположил , что два атома позитрония могут объединиться в молекулу с энергией связи около 0,4 эВ (дипозитроний). В 2005 появились сообщения о возможном наблюдении молекулярного позитрония Ps ₂ , подтверждённые в сентябре 2007 . Молекулы Ps ₂ были обнаружены при облучении тонкой плёнки пористого кварца мощным потоком позитронов.

Литература

• Гольданский В. И. Физическая химия позитрона и позитрония. М., 1968.

Ссылки

См. также

• Протоний
• Мюоний