Monday, December 16, 2013

正電子湮滅能譜 放射性核素(示蹤物)所發射的正電子與生物體內電子湮滅所產生的伽馬射線,可用正电子发射计算机断层扫描(PET)來探測。PET掃描器能做出詳細的三維圖像,顯示人體的新陳代謝[17]。

放射性核素(示蹤物)所發射的正電子與生物體內電子湮滅所產生的伽馬射線,可用正电子发射计算机断层扫描(PET)來探測。PET掃描器能做出詳細的三維圖像,顯示人體的新陳代謝[17]
材料研究中有一種工具叫正電子湮滅能譜(Positron Annihilation Spectroscopy, PAS),用於偵測固體材料中的密度差異、缺陷、位移或甚至空隙[18]


对于正负电子对,其总动量为0,当它们相遇湮灭,产生光子,物质能转化为光能,能量守恒。又因为光子有动量,如果只产生一个光子的话,系统初始动量为0而末动量 ...
正電子[编辑]
维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索
正電子(反電子)
PositronDiscovery.jpg
首張觀測到正電子存在的雲室照片,由C·D·安德森所攝。雲室的上下兩部分由一片6毫米厚的鉛片分開。可以肯定該正電子是從下方進入的,因為上方的軌跡比下方彎曲,即被磁場扭曲的程度較高,由此可知上方的能量較低。
组成基本粒子
費米子
第一代
基本相互作用重力電磁
符号β+, e+
反粒子電子
理论保羅·狄拉克(1928年)
发现卡尔·戴维·安德森(1932年)
质量9.10938291(40)×10−31 kg[1]
5.4857990946(22)×10−4 u[1]
[1,822.8884845(14)]−1 u[註 1]
0.510998928(11) MeV/c[1]
电荷+1 e
1.602176565(35)×10−19 C[1]
自旋12
正电子(又称陽電子反電子正子英语Positron),是電子反粒子,即電子的對應反物質。它带有+1单位电荷,+1.6×10-19C,自旋为1/2,质量与电子相同,皆为9.10×10-31kg。
正电子与电子碰撞时会产生湮灭现象,这一过程遵守电荷守恒能量守恒动量守恒角动量守恒。在高能情况下,湮灭会生成其他基本粒子。在低能情况下,正负电子湮灭主要生成两个或三个光子(有时也会生成更多光子)。另外,电子和正电子在湮灭之前有时会形成亚稳定的束缚态,即电子偶素。根据电子和正电子的不同自旋状态,电子偶素分为单态(1S0,总自旋为0)和三重态(3S1,总自旋为1)。在真空中,单态电子偶素的半衰期为125ps。三重态电子偶素的半衰期为142ns
当能量超过1.02兆电子伏特的光子经过原子核附近时(成對產生),或者在放射性元素的正β衰变中(通過弱相互作用),都有可能产生正电子。
1930年英国物理学家保罗·狄拉克从理论上预言了正电子的存在,1932年美国物理学家卡尔·戴维·安德森宇宙射线中发现了正电子。


歷史[编辑]

理論[编辑]

保羅·狄拉克於1928年發表了一份論文[2],當中提出電子能夠擁有正電荷及負電荷。在這份論文中,狄拉克首次引進了狄拉克方程,這條方程統一了量子力學狹義相對論及電子自旋,而自旋當時還是一個很新的概念,用於解釋塞曼效應。論文中狄拉克並沒有明確地預測新粒子的存在,但他允許電子可以用正能量或負能量作解。正能量解成功解釋了實驗結果,但負能量解卻令狄拉克相當困惑,因為在他的數學模型中負能量解跟正能量解一樣有效。在量子力學中是不能夠無視負能量解的,這點就跟經典力學很不一樣;雙重解意味着電子有可能會在正負能量態間自發跳躍。然而,實驗並沒有觀測到這樣的躍遷。狄拉克把這個理論與觀測間的衝突稱為“未解決的難題”。
狄拉克於1929年十二月撰寫了一份後續論文,嘗試解釋相對論性電子那無可避免的負能量解[3]。他的論點是“……在外加(電磁)場中的負電荷粒子會像正電荷粒子那樣移動”。他繼續論述說所有空間都可被視為充滿負能量態的“海”,因此這樣就阻止了電子在正能量態(負電荷)與負能量態(正電荷)間的躍遷。論文同時探討了質子是這種海中的島的可能性,及這種島其實是負電荷電子的可能性。狄拉克承認,質子與電子的巨大質量差是一個難題,但同時表示將來的理論“有希望”解決這個問題。
對於狄拉克使用質子作為電子的負能量解,羅伯特·奧本海默表示強烈反對。他斷言如果這是真的,那麼氫原子就會瞬間自爆[4]。被奧本海默的論點說服,於是狄拉克在1931年發表了一篇論文,他在文中預測出一種未被發現的粒子,他叫這種粒子“反電子”,它的質量與電子一樣,並且與電子接觸時會互相湮滅[5]
理查德·費曼及在他之前的厄恩斯特·斯蒂克爾堡,提出了一種對狄拉克方程負能量解的詮釋,就是正電子是逆時間而行的電子[6]。逆時間而行的電子,其電荷為正電荷。約翰·惠勒援引這個概念,來解釋所有電子都共有的性質,同時指出在有自相互作用的複世界線上,“它們都是一樣的電子”[7]。後來,南部陽一郎將這樣的一套理論,應用於所有物質-反物質對的創生與湮滅,還說明了“平常所見成對的最終創生與湮滅,並不是創生與湮滅,而是移動中的粒子改變方向而已,從過去到將來,又或是從將來到過去”[8]。現時物理學家已經接受了逆時間觀點,與其他繪景等價,但這個詮釋卻沒有宏觀的“因果”,因為微觀物理描述並沒有因果。

實驗上的跡象與發現[编辑]

德米特里·斯科別利岑(Dmitri Skobeltsyn)最早於1929年觀測到正電子[9][10]。在嘗試用威爾遜雲室[11]來偵測宇宙射線伽馬輻射的時候,斯科別利岑探測到一種行動像電子的粒子,但它在磁場中的彎曲方向與電子相反[10]
同樣地,加州理工學院的一名研究生趙忠堯在1929年也注意到類似的實驗結果,顯示有一種性質像電子的粒子,但其電荷為正,不過由於實驗結果並非決定性,所以趙忠堯並沒有繼續追查這個現象[12]
卡爾·D·安德森於1932年8月2日發現正電子[13],亦因此於1936年獲頒諾貝爾物理學獎[14]。“正電子”(positron)一詞是由安德森所創的。正電子是第一種被發現的反物質,因此當時成了反物質存在的證據。在發現時,安德森讓宇宙射線通過雲室及鉛片。儀器被磁鐵包圍,而這些磁鐵使不同電荷的粒子向不同的方向彎曲。每一粒通過照相底片的正電子,都會有一條離子軌跡,其曲率對應電子的質荷比,但軌跡方向與電子相反,意味着它的電荷也與電子相反。
後來安德森在憶述往事時寫道,假若之前趙忠堯的研究有後續的話,那麼正電子在那個時候就會被發現了[12]。在安德森公佈發現正電子的時候,巴黎的弗雷德里克·约里奥-居里伊雷娜·约里奥-居里夫婦已經持有有正電子軌跡的老照片,不過他們當時認為那軌是屬於質子的,因此不予理會。

生產[编辑]

新的研究大大地增加了正電子的生產量。勞倫斯利福摩爾國家實驗室的物理學家團隊,用特高亮度的短距離雷射轟擊一片1毫米厚的金箔,成功生產出1000億個正電子[15][16]

應用[编辑]

某些粒子加速器實驗需要使正電子與電子在相對論性速度下對撞。高撞擊能量與這些物質─反物質湮滅,能生成一整束各種各樣的次原子粒子。物理學家就是通過研究這些碰撞,來測試理論預測及尋找新的粒子。
放射性核素(示蹤物)所發射的正電子與生物體內電子湮滅所產生的伽馬射線,可用正电子发射计算机断层扫描(PET)來探測。PET掃描器能做出詳細的三維圖像,顯示人體的新陳代謝[17]
材料研究中有一種工具叫正電子湮滅能譜(Positron Annihilation Spectroscopy, PAS),用於偵測固體材料中的密度差異、缺陷、位移或甚至空隙[18]

赵忠尧- 维基百科,自由的百科全书

zh.wikipedia.org/zh/赵忠尧 Translate this page
其早期对γ射线散射中反常吸收和特殊辐射的实验发现,在正电子、反物质的科学 ... 了γ射线通过量子物质时的“反常吸收”,即正负电子对湮灭现象,实验观测到正电子。 ... 此后北京开建正负电子对撞机工程、加速器、质谱仪和同步辐射应用设施等等并 ...
  • 電子- 维基百科,自由的百科全书

    zh.wikipedia.org/zh/正電子 转为简体网页
    电子电子碰撞时会产生湮灭现象,这一过程遵守电荷守恒、能量守恒、动量守恒和角动量守恒。在高能情况下,湮灭会生成其他基本粒子。在低能情况下,正负电子 ...
    歷史 - ‎應用 - ‎註釋 - ‎參考資料
  • 电子_百度百科

    baike.baidu.com/view/39941.htm Translate this page
    然而,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 ...
  • 百度知道搜索_请问正负电子对湮灭后,会产生一对光子对,为什么一个 ...

    z.baidu.com/search?word...ie=gbk&pn... Translate this page
    对于正负电子对,其总动量为0,当它们相遇湮灭,产生光子,物质能转化为光能,能量守恒。又因为光子有动量,如果只产生一个光子的话,系统初始动量为0而末动量 ...
  • 请问为何正负电子湮灭为两个光子,而一个光子在重核附近能成为一对 ...

    zidao.baidu.com/search?word...ie=gbk... Translate this page
    正负电子湮灭如果只释放一个光子是不能同时满足动量守恒和能量守恒的(类似完全非弹性碰撞),所以自由正负电子对湮灭都是放两个光子,不允许释放一个电子一个 ...
  • 正负电子对湮灭_张怀华_新浪博客 - 新浪博客首页 - 新浪网

    blog.sina.com.cn/s/blog_554f6db10102dskt.html Translate this page
    Aug 26, 2011 - 正负电子对湮灭_张怀华_新浪博客,张怀华, ... 标签:. 正负电子 · 云室 · 教育. 分类: 物理选修3-5 · 正负电子对湮灭. 分享: 分享到新浪Qing. 喜欢.
  • 正负电子对湮灭看狭义相对论的错误-挑战相对论-西陆网 - 西陆论坛

    club.xilu.com/hongbin/msgview-950451-71419.html Translate this page
    Nov 22, 2005 - 30 posts - ‎14 authors
    但是,正负电子对湮灭过程中,如果正负电子对质量越来越大,那么增大的质量从何而来呢?正负电子对湮灭为一对光子后,光子对的动质量并不 ...
  • 一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子,设正负电子对 ...

    gzwl.cooco.net.cn/testdetail/296926/ Translate this page
    May 2, 2012 - 一个电子和一个正电子对撞发生湮灭而转化为一对光子,设正负电子对撞前的质量均为m,动能均为Ek,光速为c,普朗克常量恒为h.求:. ①写出该 ...
  • 第四节超强激光和伽马暴提供的证据对正负电子对湮 - 新华网论坛

    forum.home.news.cn/post/viewPostSingle.do?id... Translate this page
    Aug 31, 2013 - 2、正负电子对不会湮灭,只不过由于电荷中和抵销,质量极小,人们很难发现罢了。正负电子相互吸引时很难对中,从而相互绕转组成为一个电子对的 ...
  • No comments:

    Post a Comment