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正电子

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正电子正电子

英文名称 positron


 

 

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电子反粒子。又称阳电子。记为e+。其质量、自旋与电子相同,带正电

 所谓正电子,是指质量带电量与电子完全相同,但带正电的粒子,最早是由狄拉克从理论上预言的。1932年8月2日,美国加州工学院的安德森等人向全世界庄严宣告,他们发现了正电子。其实在安德森之前,曾有一对夫妇科学家——约里奥·居里夫妇(皮埃尔·居里夫妇的女婿与女儿)首先观察到正电子的存在,但他们并未引起重视,从而错过了这一伟大发现。这对居里夫妇也为人类作出过杰出贡献,他们除错过了正电子的发现外,还同样错过了中子的发现及核裂变的发现,以致于三次走到诺贝尔物理学奖的门槛前而终未能破门而入。但因他们在放射性方面的杰出贡献,他们仍获得了1935年的诺贝尔化学奖。

  正电子,其质量为m=9.1×10-31千克,电量为g=+1.6×10-19库仑,自旋与电子相同。正电子是如何被检测出来的呢?这就要借助于电磁场中的云雾室了。

  我们知道,每一种物质都存在饱和蒸汽压,当外界压强大于该物质的饱和蒸汽压时,这种物质的蒸汽就开始凝结成液滴。但是如果蒸气很纯净,这时即使外界压强超过了它的饱和蒸汽压,蒸汽却不会自动凝结,这就成了过饱和气体。如果这时在过饱和气体中加上一个很小的扰动,如带电粒子的存在或其它杂质的存在,气体就会以这个杂质为核心迅速凝结成小液滴。因此当带电粒子在过饱和蒸汽中飞行时,蒸汽就会沿着粒子飞行的径迹凝结,从而我们通过观测这些液滴的轨迹,就可以知道粒子的运动情况,这就是云雾室,是由著名物理学家威尔逊发明的。

  正电子的发现也是利用云雾室来观测的。在云雾室中充入过饱和的乙醚气,当物质放射出正电子时,正电子穿过云雾室,在正电子运行轨道中出现液滴线,通过外加磁场测量

  正电子的偏转方向及半径就可以知道它的带电符号,及荷质比(带电量与质量的比值)从而确定正电子的性质。正电子的发现开辟了一个新的研究领域,即反物质领域的研究。

  

正电子(Positron,e+),又称阳电子编辑本段回目录

  正电子是电子的反粒子,除带正电荷外,其它性质与电子相同。正电子是不稳定粒子,遇到电子会与之发生湮灭(Annihilation),放出两个伽玛光子(gamma ray photon),每个能量为0.511*10^6 eV 。当正电子与原子核接触时,就会与核外电子发生湮灭,这就是阳电子炮的原理正电子不是地球上物质的基本成分.正电子虽然比较稳定,但一碰到电子就会很快湮灭而转变为光子,所以不容易观测到.

  正电子的发现使人联想到是否存在反质子,反中子......,现在已经证实每种粒子都存在一种和它对应的反粒子

  有人设想,用反粒子制造反物质(例如反氢原子),上述等粒子体的获得,是向制造反氢原子迈进的很大的一步.物质和反物质的结合中(湮灭中),可释放大量的能量(比核能高几个数量级),未来宇宙飞船有可能携带某种物质和这种物质的反物质作为能源.

  若要实现人类载人火星探索的伟大梦想,我们需要数吨化学燃料,相反,若使用反物质,则仅需数十毫克,理论速度极限可达光速的十分之一。然而,事实上,这种动力的诞生也伴随着代价。有些反物质的反应会生成大量高能伽马射线。伽马射线就如同照射在类固醇上的X光一样,它们能穿透物质,分解细胞内分子,因此,它们会对人体有害。另外,高能伽马射线由于会使制造发动机材料的原子破裂,会让发动机本身也具有放射性。
  美国正在开发反物质飞船,现在已有原型机LY,但没法坐人,放上去试验的生物,各位绝对猜不出结果,不仅仅是死亡,是神秘地消失了,不存在,仪器测出这些生物都变成伽玛射线了,这么夸张的飞船哪个飞行员敢上去.

 

正电子的发现编辑本段回目录

正电子虽然有了理论预言,但在实验上还未发现。当时科学界与现在科学界追求发现新粒子的风气不同,不轻易承认新粒子的存在。那时带正电的粒子只有质子,所以有人认为狄拉克方程中所出现的带正电的粒子很可能就是质子,不然为什么在实验上没有发现呢?这个想法包括狄拉克本人也曾有过。
    时隔不久,1932年狄拉克的预言很快被实验证实了,那是美国物理学家安德森(1905—1991)在研究宇宙射线在磁场中的偏转情况时发现的。当时,他正同密立根(基本电荷的测定者)一起研究宇宙线是电磁辐射还是粒子的问题。那时大多数人同意康普顿的论证,认为宇宙射线是带电粒子,密立根对此很不满意。安德森于是想弄清楚进入云室的宇宙射线在强磁场作用下会不会转弯。他在云室中拍摄了一张照片,这张照片使他一夜没合眼。他发现,宇宙射线进入云室穿过铅板后,轨迹确实发生了弯曲,而且,在高能宇宙射线穿过铅板时,有一个粒子的轨迹和电子的轨迹完全一样,但是弯曲的方向却“错”了。这就是说,这种前所未知的粒子与电子的质量相同,但电荷却相反,而这恰好是狄拉克所预言的反电子。当时安德森并不知道狄拉克的预言,他把所发现的粒子叫做“正电子”。第二年,安德森又用γ射线轰击方法产生了正电子,从而从实验上完全证实了正电子的存在。从此以后,正电子便正式列入了基本粒子的行列。
正电子的发现,引起了人们极大的兴趣。很快就查明,正电子不但存在于宇宙射线中,而且在某些有放射性核参加的核反应过程中,也可以找到正电子的径迹。实验发现,利用能量高于1兆电子伏的γ射线辐射铅板、薄金属箔、气态媒质等都有可能观察到正电子的出现。而且正电子总是和普通电子成对地产生,它们所带的电荷相反,因而在磁场里总是弯向不同的方向,此外,电子对湮灭成光子对的说法也得到实验证实。
电子对的产生及湮灭使人们对基本粒子的认识发生了重大的变化,人们不得不重新考虑究竟什么是基本粒子问题。本来基本粒子意味着这些粒子是构成物质最基本的、不可再分的单元,象电子这样的基本粒子既不能产生,也不会消灭。但现在发现在适当的条件下,正、负电子对可以成对地产生或湮灭,也就是说可以相互转化。物质的各种形态可以相互转变,这在认识上无疑是个巨大的飞跃。在这以后又发现了更多的反粒子,因而更多的事实反复证实了这一规律。
1936年,安德森因发现正电子而获得了该年度的诺贝尔物理奖,时年仅为31岁。

 

相关理论试验编辑本段回目录

1928年P.A.M.狄拉克理论上预言。

1932年C.D.安德森首先从宇宙线实验中证实。高能光子可产生电子-正电子对,反过来,正电子与电子相碰可湮没为光子或其他粒子。电子-正电子对湮没是产生新粒子和研究新粒子性质的重要途径。

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