Positroni

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Positroni
Carl David Andersonin ottama sumukammiokuva, josta positroni ensimmäisen kerran havaittiin.
Carl David Andersonin ottama sumukammiokuva, josta positroni ensimmäisen kerran havaittiin.
Rakenne Alkeishiukkanen
Perhe Fermioni
Ryhmä Leptoni
Sukupolvi Ensimmäinen
Vuorovaikutus Painovoima
Sähkömagneettinen
Heikko vuorovaikutus[1]
Antihiukkanen Elektroni
Löydetty teoreettisesti Paul Dirac (1928)
Löydetty Carl David Anderson (1932)
Symboli e+
Massa

9,109 382 15 × 10−31 kg
0,510 998 910 MeV/c2

5,485 799 09 × 10−4 u[2]
Sähkövaraus

+1 e[1]

1,602 176 487× 10−19 C[2]
Spin ½[1]

Positroni on elektronin antihiukkanen eli antimateriaa. Positronin massa ja spin ovat elektronin kanssa yhtä suuret, mutta sen sähkövaraus on +1 e eli alkeisvaraus.

Positroni voi syntyä fotonien osuessa aineeseen yli 1,022 MeV:n energialla. Tätä prosessia kutsutaan parinmuodostukseksi, koska fotonin energiasta muodostuu sekä positroni että elektroni. Käänteisessä prosessissa, annihilaatiossa, positroni kohtaa elektronin, jolloin molemmat häviävät, ja vapautuu 1,022 MeV energiaa gammasäteilynä. Positroneja voi tuottaa myös positroniemissiossa, joka on eräs beetasäteilyn muoto. Siinä protoni muuttuu heikon vuorovaikutuksen vaikutuksesta neutroniksi, positroniksi ja elektronin neutriinoksi.

Positronin löytyminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Teorian positronin olemassaolosta kehitti 1928 Paul Dirac. Hän johti Wolfgang Paulin työn pohjalta elektronia kuvaavan Diracin yhtälön. Tämä sai hänet ennustamaan elektronin antihiukkasen olemassaolon, jonka hän selitti tyhjiön täyttävän negatiivisen energian merellä (niin sanottu Diracin meri). Neljä vuotta myöhemmin Carl David Anderson havaitsi näitä antimateriahiukkasia ensimmäisen kerran avaruudesta maahan säteileviä hiukkasia tutkiessaan ja antoi niille nimen positron.[3] Hän käytti hiukkasten havaitsemiseen sumukammiota, joka oli täytetty superjäähdytetyllä höyryllä. Kun varattu hiukkanen lävistää tällaisen kammion, syntyy hiukkasen kulkureitille silminhavaittavia nestetippoja.

Käyttö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Positroniemissiotomografiakuva ihmisen aivoista.

Hiukkasfysiikka[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Hiukkasfysiikan tutkimuksessa positroneita on käytetty muun muassa vuosina 1989–2001 toimineessa LEP-törmäyttimessä, jossa tutkittiin elektroni-positroni-törmäytyksiä. Tällaisessa hiukkas-antihiukkas-törmäyksessä hiukkanen ja sen antihiukkanen annihiloituvat eli katoavat ja niiden energia muuttuu toisiksi hiukkasiksi.

Lääketiede[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lääketieteessä positroneja käytetään positroniemissiotomografiassa (PET), jolla voidaan kuvantaa kehon eri elimiä. Menetelmässä potilaalle annetaan radioaktiivista ainetta, joka hakeutuu elimistössä tiettyihin kohtiin, esimerkiksi syöpäpesäkkeisiin. Radionuklidit hajoavat tietyllä nopeudella elimistössä emittoiden positroneja, jotka annihiloituvat elimistön elektronien kanssa. Vapautunut gammasäteily havaitaan kehon ulkopuolelle asetetulla ilmaisimella.

Materiaalitutkimus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Positroneita käytetään myös materiaalitutkimuksessa positroniannihilaatiospektroskopiassa (PAS). Positroniannihilaatiospektroskopialla voidaan tutkia aineen paikallista atomirakennetta, erityisesti kiteiden hilavirheitä.[4]

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Schumm, Brian A.: Syvällä asioiden sydämessä: Hiukkasfysiikan kauneus. Suom. Kimmo Pietiläinen. The John Hopkins University Press, 2004. ISBN 952-5202-91-7.

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. a b c Schumm 2004, s. 135–136
  2. a b Mohr, Peter; Taylor, Barry & Newell, David: CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants: 2006 Reviews of Modern Physics. 2006. Viitattu 6.6.2014. (englanniksi)
  3. Young & Freedman: ”44”, University Physics with modern physics, 11. painos, s. 1670. Addison Wesley, 2004. ISBN 0-321-20469-7. (englanniksi)
  4. Antti Pelli: Implementation and Testing of High Voltage System for Pulsed Low-Energy Positron Beam and Conventional Positron Beam Studies in InN, s. ii. ISBN 978-951-22-8594-5. , 2007. Teoksen verkkoversio.