Молекула позитрония

Позитро́ний — связанная квантовомеханическая система, 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 S=0). Позитроний, как и атом водорода, представляет собой систему двух тел, и его поведение и свойства точно описываются в квантовой механике. Он был впервые экспериментально идентифицирован в 1951 году Мартином Дойчем ^[1].

Свойства

Поскольку приведённая масса позитрония почти вдвое меньше приведённой массы атома водорода, размер атома позитрония 0,106 нм (вдвое больше 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 0,125 нс (в два гамма-кванта с энергией по 511 кэВ и противоположными импульсами), тогда как ортопозитроний живёт на три порядка дольше (143 нс) и распадается в три гамма-кванта, в силу сохранения зарядовой чётности. В среде время жизни позитрония уменьшается (для ортопозитрония в твёрдом веществе оно становится менее 1 нс), и относительная вероятность аннигиляции в 2 гамма-кванта растёт. Возможна аннигиляция позитрония в большее число гамма-квантов, однако вероятность этого очень мала. В любом случае суммарная энергия гамма-квантов равна 1022 кэВ (соответствует удвоенной массе электрона).

Масса основного состояния ортопозитрония (терм ³S₁) на 8,4×10⁻⁴ эВ больше, чем основного состояния парапозитрония (терм ¹S₀), между этими двумя состояниями возможны переходы. При образовании атома позитрония из неполяризованных частиц ортопозитроний возникает втрое чаще, так как его статистический вес g=2S+1 втрое больше, чем у парапозитрония. Хотя время жизни позитрония мало́, он успевает вступить в химические реакции. Химия позитрония достаточно хорошо изучена (как правило, она рассматривается в рамках мезонной химии, хотя электрон и позитрон не относятся к мезонам). Химический символ позитрония — Ps. Химически позитроний близок к водороду, его взаимодействия используются для изучения кинетики химических реакций, диффузии, фазовых переходов и других физико-химических процессов в газах и конденсированных средах.

Позитроний (как и мюоний) является чисто лептонным атомом, поэтому его спектроскопия 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.

Молекулярный позитроний

В 1946 Дж. А. Уилер предположил, 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 ^[2]. Молекулы Ps₂, состоящие из двух электронов и двух позитронов, были обнаружены при облучении тонкой плёнки пористого кварца мощным потоком позитронов.

Литература

• Гольданский В. И. Физическая химия позитрона и позитрония. М., 1968.

Ссылки

1. ↑ Martin Deutsch Evidence for the Formation of Positronium in Gases // Phys. Rev. — 1951. — Т. 82. — С. 455-456.
2. ↑ D. B. Cassidy, A. P. Mills, Jr. The production of molecular positronium // Nature. — 2007. — Т. 449. — С. 195-197 (13 September 2007).

См. также

• Протоний
• Мюоний

Квантовая электродинамика

Электрон | Позитрон | Фотон Аномальный магнитный дипольный момент Позитроний