Меню Главная Случайная статья Настройки Позитроний Материал из https://ru.wikipedia.org Позитроний — 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 Содержание 1 Свойства 2 Экзотические распады позитрония 3 Молекулярный позитроний 4 Полиэлектроны 5 Литература 6 Ссылки 7 См. также Свойства Приведённая масса ${\displaystyle \mu ={{m_{1}m_{2}} \over {m_{1}+m_{2}}}}$ для позитрония почти вдвое меньше приведённой массы для атома водорода (и ровно вдвое меньше массы электрона)[3]. Из этого следует, что радиус атома позитрония в основном состоянии (0,106 нм) почти в два раза больше радиуса 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[4] ${\displaystyle t_{0}={\frac {2\hbar }{m_{\mathrm {e} }c^{2}\alpha ^{5}}}=~{\text{0,1244 нс}}.}$ Парапозитроний аннигилирует на два гамма-кванта с энергией по 511 кэВ и противоположными импульсами. Ортопозитроний в вакууме живёт на три порядка дольше: ${\displaystyle t_{1}\approx {\frac {9h}{4m_{\mathrm {e} }c^{2}\alpha ^{6}(\pi ^{2}-9)}}=~{\text{138,6 нс}}.}$ Указанная формула для времени жизни ортопозитрония приблизительна, она не учитывает высших порядков теории возмущений. С учётом поправок до степени Ортопозитроний распадается на нечётное число гамма-квантов (чаще всего три) в силу закона сохранения зарядовой чётности ( Масса основного состояния ортопозитрония (терм Позитроний (как и мюоний) является чисто лептонным атомом, поэтому его оптический спектр 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. Экзотические распады позитрония Предсказаны, но никогда не наблюдались распады позитрония через слабое взаимодействие. В частности, распад ортопозитрония на два электронных нейтрино (точнее, на нейтрино и антинейтрино) разрешён в Стандартной Модели через обмен виртуальным W-бозоном между электроном и позитроном или аннигиляцию в виртуальный Z-бозон, который распадается в нейтрино-антинейтринную пару. Учёт обоих этих процессов ведёт к относительной вероятности аннигиляции ${\displaystyle e^{+}e^{-}\to \nu _{e}{\overline {\nu }}_{e}}$, равной 6,21018[9]. Распад ортопозитрония в нейтрино-антинейтринную пару с не-электронным флейвором, возможный только через нейтральные токи (т.е. ${\displaystyle e^{+}e^{-}\to Z^{0}\to \nu _{l}{\overline {\nu }}_{l}}$, где ${\displaystyle l=\mu ,\tau }$), имеет относительную вероятность 9,51021 как для мюонных, так и для тау-нейтрино[9]. Экспериментальные ограничения на вероятность распада позитрония в любые «невидимые» каналы значительно слабее теоретических предсказаний: <4,2107 для o-Ps и <4,3107 для p-Ps[5]. Некоторые неизвестные свойства нейтрино, выходящие за рамки Стандартной Модели (например, гипотетический высокий магнитный момент), могут существенно повысить вероятность таких процессов. Молекулярный позитроний Молекулярный позитроний, дипозитроний, Ps2 — молекула, состоящая из двух атомов позитрония (то есть связанная система из двух электронов и двух позитронов). В 1946 году Дж. А. Уилер предположил[10], 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 Ps2, подтверждённые в сентябре 2007[11][12]. Молекулы Ps2 были обнаружены при облучении тонкой плёнки пористого кварца мощным потоком позитронов. Полиэлектроны Кроме молекулярного позитрония, существуют и другие связанные системы из нескольких электронов и позитронов; такие системы называют полиэлектронами[10]. Простейшая из них — отрицательный ион позитрония Ps, состоящий из двух электронов и позитрона[13]. Эта система имеет только одно связанное состояние — основное (как и отрицательный ион водорода), его энергия связи составляет лишь 0,33 эВ. В нём оба электрона (с противоположно направленными спинами) и позитрон находятся в S-состоянии (без орбитального момента). Ps может аннигилировать и в два, и в три фотона, в зависимости от того, с каким из электронов аннигилирует позитрон; два фотона возникают при аннигиляции с электроном, имеющим противоположно направленный спин, три — сонаправленный. В отличие от нейтрального позитрония, Ps теоретически может аннигилировать даже с испусканием одного фотона (импульс в этом случае распределяется поровну между фотоном и выжившим электроном), однако такой процесс сильно подавлен и экспериментально не наблюдался. Теоретически вычисленная ширина распада Ps составляет 2,087 963(12) нс1, время жизни 0,489 нс, примерно в 4 раза больше времени жизни парапозитрония[13]. Другие полиэлектроны, кроме Ps и Ps2, экспериментально пока не наблюдались[13]. Литература Гольданский В. И. Физическая химия позитрона и позитрония (рус.). — М., 1968. Ссылки Deutsch M. Evidence for the Formation of Positronium in Gases (англ.) // Phys. Rev. — 1951. — Vol. 82, iss. 3. — P. 455—456. — doi:10.1103/PhysRev.82.455. — . Mohorovii S. Mglichkeit neuer Elemente und ihre Bedeutung fr die Astrophysik (нем.) // Astronomische Nachrichten. — 1934. — Bd. 253, H. 4. — S. 93–108. — doi:10.1002/asna.19342530402. — . 1 2 Karshenboim S. G. Precision Study of Positronium: Testing Bound State QED Theory (англ.) // International Journal of Modern Physics A. — 2003. — Vol. 19, iss. 23. — P. 3879–3896. — doi:10.1142/S0217751X04020142. — . — arXiv:hep-ph/0310099. 1 2 Badertscher A. et al. An Improved Limit on Invisible Decays of Positronium (англ.) // Physical Review D. — 2007. — Vol. 75, iss. 3. — P. 032004. — doi:10.1103/PhysRevD.75.032004. — . — arXiv:hep-ex/0609059. Ландау Л. Д. О моменте системы из двух фотонов (рус.) // ДАН СССР. — 1948. — Т. 60. — С. 207–209. Yang C. N. Selection Rules for the Dematerialization of a Particle into Two Photons (англ.) // Physical Review. — 1950. — Vol. 77, iss. 2. — P. 242–245. — doi:10.1103/PhysRev.77.242. — . Померанчук И. Я. Правила отбора при аннигиляции электронов и позитронов (рус.) // ДАН СССР. — 1948. — Т. 60. — С. 213. 1 2 3 1 2 Wheeler J. A. Polyelectrons (англ.) // Annals of the New York Academy of Sciences. — 1946. — Vol. 48, no. 3. — P. 219—238. — doi:10.1111/j.1749-6632.1946.tb31764.x. Cassidy D. B., Mills A. P. Jr. The production of molecular positronium (англ.) // Nature. — 2007. — Vol. 449, no. 7159. — P. 195—197. Архивировано 23 апреля 2008 года. Molecules of Positronium Observed in the Laboratory for the First Time Архивная копия от 9 февраля 2008 на Wayback Machine. Press release. September 12, 2007. 1 2 3 Czarnecki A. Positronium and Polyelectrons (англ.) // Nuclear Physics A. — 2009. — Vol. 827, iss. 1–4. — P. 541c-543c. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2009.05.118. См. также Протоний Мюоний