Positronium ist (Ps) ein System, das aus einem Elektron und seinem Antiteilchen, einem Positron, gebunden zusammen in ein "exotisches Atom" besteht. Nicht stabil seiend, vernichten die zwei Partikeln einander, um zwei Gammastrahl-Fotonen nach einer durchschnittlichen Lebenszeit 125 ps oder drei Gammastrahl-Fotonen nach 142 ns im Vakuum, abhängig von den Verhältnisdrehungsstaaten des Positrons und Elektrons zu erzeugen. Die Bahn der zwei Partikeln und der Satz von Energieniveaus sind diesem des Wasserstoffatoms (Elektron und Proton) ähnlich. Jedoch, wegen der reduzierten Masse, sind die mit den geisterhaften Linien vereinigten Frequenzen weniger als Hälfte von denjenigen der entsprechenden Wasserstofflinien.

Staaten

Der Boden-Staat von positronium, wie das von Wasserstoff, hat zwei mögliche Konfigurationen abhängig von den Verhältnisorientierungen der Drehungen des Elektrons und des Positrons.

Der Unterhemd-Staat mit antiparallelen Drehungen (S = 0, M = 0) ist als para-positronium (p-Ps) bekannt und angezeigt. Es hat eine Mittellebenszeit von 125 picoseconds und verfällt bevorzugt in zwei Gammaquanten mit der Energie von 511 keV jeden (im Zentrum des Massenrahmens). Die Entdeckung dieser Fotonen berücksichtigt die Rekonstruktion des Scheitelpunkts des Zerfalls und wird in der Positron-Emissionstomographie verwendet. Para-positronium kann in jede gerade Zahl von Fotonen verfallen (2, 4, 6...), aber die Wahrscheinlichkeit nimmt schnell ab, als die Zahl zunimmt: Das sich verzweigende Verhältnis für den Zerfall in 4 Fotonen ist.

Para-Positronium-Lebenszeit (S = 0):

Der Drilling-Staat mit parallelen Drehungen (S = 1, M = 1, 0, 1) ist als ortho-positronium (o-Ps) bekannt und S angezeigt. Der Drilling-Staat im Vakuum hat eine Mittellebenszeit dessen, und die Hauptweise des Zerfalls ist drei Gammaquanten. Andere Weisen des Zerfalls sind unwesentlich; zum Beispiel hat die fünf Foton-Weise sich verzweigendes Verhältnis von ~.

Ortho-Positronium-Lebenszeit (S = 1):

Positronium in 2S Staat ist metastable eine Lebenszeit gegen die Vernichtung zu haben. Wenn der positronium in solch einem aufgeregten Staat dann geschaffen wird, wird es unten zum Boden-Staat schnell wellig fallen, wo Vernichtung schneller vorkommen wird. Maße dieser Lebenszeiten, sowie der positronium Energieniveaus, sind in Präzisionstests der Quant-Elektrodynamik verwendet worden.

Vernichtung kann über mehrere Kanäle jeder weitergehen, eine oder mehr Gammastrahlung erzeugend. Die Gammastrahlung wird mit einer Gesamtenergie erzeugt (da jede der Vernichten-Partikeln Masse hat), erzeugen die wahrscheinlichsten Vernichtungskanäle zwei oder drei Fotonen, abhängig von der Verhältnisdrehungskonfiguration des Elektrons und Positrons. Ein einzelner Foton-Zerfall ist nur möglich, wenn ein anderer Körper (z.B ein Elektron) in der Nähe vom Vernichten positronium ist, dem etwas von der Energie vom Vernichtungsereignis übertragen werden kann. Bis zu fünf Vernichtungsgammastrahlung ist in Laborexperimenten beobachtet worden, die Vorhersagen der Quant-Elektrodynamik zur sehr hohen Ordnung bestätigend.

Die Vernichtung in ein Paar des Neutrino-Antineutrinos ist auch möglich, aber die Wahrscheinlichkeit wird vorausgesagt, um unwesentlich zu sein. Das sich verzweigende Verhältnis für den O-Ps-Zerfall für diesen Kanal ist (Elektronpaar des Neutrino-Antineutrinos) und (für jeden Nichtelektrongeschmack) in auf dem Standardmodell gestützten Vorhersagen, aber es kann durch Sonderneutrino-Eigenschaften, wie Masse oder relativ hoher magnetischer Moment vergrößert werden. Die experimentellen oberen Grenzen auf dem sich verzweigenden Verhältnis für diesen Zerfall (sowie für einen Zerfall in irgendwelche "unsichtbaren" Partikeln) sind:

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Energieniveaus

Während die genaue Berechnung von positronium Energieniveaus die Bethe-Salpeter Gleichung verwendet, berücksichtigt die Ähnlichkeit zwischen positronium und Wasserstoff eine Überschlagsrechnung. In dieser Annäherung sind die Energieniveaus zwischen den zwei wegen eines verschiedenen Werts für die Masse, M *, verwendet in der Energiegleichung verschieden

:See-Elektronenergieniveaus für eine Abstammung.

: ist der Anklage-Umfang des Elektrons (dasselbe als der Positron)

: ist der unveränderliche von Planck

: ist die elektrische Konstante (sonst bekannt als der permittivity des freien Raums) und schließlich

: ist die reduzierte Masse

Die reduzierte Masse ist in diesem Fall

:where

: und, sind beziehungsweise, die Masse des Elektrons und des Positrons — die dasselbe definitionsgemäß Partikeln und Antiteilchen sind.

So, für positronium, unterscheidet sich seine reduzierte Masse nur von der Rest-Masse des Elektrons durch einen Faktor 2. Das verursacht die Energieniveaus zu, auch grob Hälfte dessen zu sein, was sie für das Wasserstoffatom sind.

So, schließlich werden die Energieniveaus von positronium durch gegeben

Das niedrigste Energieniveau von positronium (n = 1) ist &minus;6.8 Elektronvolt (eV). Das folgende niedrigste Energieniveau (n = 2) ist &minus;1.7 eV. Das negative Zeichen bezieht einen bestimmten Staat ein. Wir bemerken auch, dass eine Zwei-Körper-Gleichung von Dirac, die aus einem Maschinenbediener von Dirac für jede der zwei Punkt-Partikeln zusammengesetzt ist, die über die Ampere-Sekunde-Wechselwirkung aufeinander wirken, im (relativistischen) Zentrum des Schwung-Rahmens genau getrennt werden kann und der resultierende Boden feststellen, dass eigenvalue sehr genau mit den Begrenzten Element-Methoden von J. Shertzer erhalten worden ist.

Vorhersage und Entdeckung

Kroatischer Mohorovičić des Wissenschaftlers Stjepan hat die Existenz von positronium in einer 1934-Zeitung vorausgesagt, die in Astronomische Nachrichten veröffentlicht ist, in dem er die Substanz "electrum" genannt hat. Anderer Quellkredit Carl Anderson als vorausgesagt seine Existenz 1932 während an Caltech. Es wurde von Martin Deutsch an MIT 1951 experimentell entdeckt, und ist bekannt als positronium geworden.

Beobachtung von di-positronium Molekülen

Die erste Beobachtung von di-positronium Molekülen — Molekülen, die aus zwei positronium Atomen bestehen — wurde am 12. September 2007 von David Cassidy und Allen Mills von der Universität Kaliforniens am Flussufer berichtet.

Natürliches Ereignis

Positronium in hohen Energiestaaten ist vorausgesagt worden, um die dominierende Form der Atomsache im Weltall in der weiten Zukunft zu sein, wenn Protonenzerfall eine Wirklichkeit ist.

Siehe auch

• Onium
• Di-positronium
• Positronium hydride
• Helium von Antiprotonic
• Quant-Elektrodynamik
• Protonium

Links

• Die Suche Positronium
• Todesanzeige von Martin Deutsch, Entdecker von Positronium
• Website über Positrone, positronium und Antiwasserstoff. Positron-Laboratorium, Como, Italien