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positron,所謂正電子,是指質量、帶電量與電子完全相同,但帶正電的粒子,最早是由狄拉克從理論上預言的。又稱陽電子。記為e+。其質量、自旋與電子相同,帶正電。

1 正電子 -概念

電子的反粒子。又稱陽電子。記為e。其質量、自旋與電子相同,帶正電。

正電子正電子

所謂正電子,是指質量、帶電量與電子完全相同,但帶正電的粒子,最早是由狄拉克從理論上預言的。1932年8月2日,美國加州工學院的安德森等人向全世界莊嚴宣告,他們發現了正電子。其實在安德森之前,曾有一對夫婦科學家——約里奧·居里夫婦(皮埃爾·居里夫婦的女婿與女兒)首先觀察到正電子的存在,但他們並未引起重視,從而錯過了這一偉大發現。這對居里夫婦也為人類作出過傑出貢獻,他們除錯過了正電子的發現外,還同樣錯過了中子的發現及核裂變的發現,以致於三次走到諾貝爾物理學獎的門檻前而終未能破門而入。但因他們在放射性方面的傑出貢獻,他們仍獲得了1935年的諾貝爾化學獎。

正電子正電子及電子圖

 

正電子,其質量為m=9.1×10-31千克,電量為g=+1.6×10-19庫侖,自旋與電子相同。正電子是如何被檢測出來的呢?這就要藉助於電磁場中的雲霧室了。

我們知道,每一種物質都存在飽和蒸汽壓,當外界壓強大於該物質的飽和蒸汽壓時,這種物質的蒸汽就開始凝結成液滴。但是如果蒸氣很純凈,這時即使外界壓強超過了它的飽和蒸汽壓,蒸汽卻不會自動凝結,這就成了過飽和氣體。如果這時在過飽和氣體中加上一個很小的擾動,如帶電粒子的存在或其它雜質的存在,氣體就會以這個雜質為核心迅速凝結成小液滴。因此當帶電粒子在過飽和蒸汽中飛行時,蒸汽就會沿著粒子飛行的徑跡凝結,從而我們通過觀測這些液滴的軌跡,就可以知道粒子的運動情況,這就是雲霧室,是由著名物理學家威爾遜發明的。

正電子的發現也是利用雲霧室來觀測的。在雲霧室中充入過飽和的乙醚氣,當物質放射出正電子時,正電子穿過雲霧室,在正電子運行軌道中出現液滴線,通過外加磁場測量

正電子的偏轉方向及半徑就可以知道它的帶電符號,及荷質比(帶電量與質量的比值)從而確定正電子的性質。正電子的發現開闢了一個新的研究領域,即反物質領域的研究。  

2 正電子 -正電子(Positron,e+),又稱陽電子

正電子是電子的反粒子,除帶正電荷外,其它性質與電子相同。正電子是不穩定粒子,遇到電子會與之發生湮滅(Annihilation),放出兩個伽瑪光子(gamma ray photon),每個能量為0.511*10^6 eV 。當正電子與原子核接觸時,就會與核外電子發生湮滅,這就是陽電子炮的原理正電子不是地球上物質的基本成分.正電子雖然比較穩定,但一碰到電子就會很快湮滅而轉變為光子,所以不容易觀測到.

正電子的發現使人聯想到是否存在反質子,反中子......,現在已經證實每種粒子都存在一種和它對應的反粒子

有人設想,用反粒子製造反物質(例如反氫原子),上述等粒子體的獲得,是向製造反氫原子邁進的很大的一步.物質和反物質的結合中(湮滅中),可釋放大量的能量(比核能高几個數量級),未來宇宙飛船有可能攜帶某種物質和這種物質的反物質作為能源.

若要實現人類載人火星探索的偉大夢想,我們需要數噸化學燃料,相反,若使用反物質,則僅需數十毫克,理論速度極限可達光速的十分之一。然而,事實上,這種動力的誕生也伴隨著代價。有些反物質的反應會生成大量高能伽馬射線。伽馬射線就如同照射在類固醇上的X光一樣,它們能穿透物質,分解細胞內分子,因此,它們會對人體有害。另外,高能伽馬射線由於會使製造發動機材料的原子破裂,會讓發動機本身也具有放射性。

美國正在開發反物質飛船,現在已有原型機LY,但沒法坐人,放上去試驗的生物,各位絕對猜不出結果,不僅僅是死亡,是神秘地消失了,不存在,儀器測出這些生物都變成伽瑪射線了,這麼誇張的飛船哪個飛行員敢上去.

3 正電子 -正電子的發現

正電子雖然有了理論預言,但在實驗上還未發現。當時科學界與現在科學界追求發現新粒子的風氣不同,不輕易承認新粒子的存在。那時帶正電的粒子只有質子,所以有人認為狄拉克方程中所出現的帶正電的粒子很可能就是質子,不然為什麼在實驗上沒有發現呢?這個想法包括狄拉克本人也曾有過。

時隔不久,1932年狄拉克的預言很快被實驗證實了,那是美國物理學家安德森(1905—1991)在研究宇宙射線在磁場中的偏轉情況時發現的。當時,他正同密立根(基本電荷的測定者)一起研究宇宙線是電磁輻射還是粒子的問題。那時大多數人同意康普頓的論證,認為宇宙射線是帶電粒子,密立根對此很不滿意。安德森於是想弄清楚進入雲室的宇宙射線在強磁場作用下會不會轉彎。他在雲室中拍攝了一張照片,這張照片使他一夜沒合眼。他發現,宇宙射線進入雲室穿過鉛板后,軌跡確實發生了彎曲,而且,在高能宇宙射線穿過鉛板時,有一個粒子的軌跡和電子的軌跡完全一樣,但是彎曲的方向卻「錯」了。這就是說,這種前所未知的粒子與電子的質量相同,但電荷卻相反,而這恰好是狄拉克所預言的反電子。當時安德森並不知道狄拉克的預言,他把所發現的粒子叫做「正電子」。第二年,安德森又用γ射線轟擊方法產生了正電子,從而從實驗上完全證實了正電子的存在。從此以後,正電子便正式列入了基本粒子的行列。
正電子的發現,引起了人們極大的興趣。很快就查明,正電子不但存在於宇宙射線中,而且在某些有放射性核參加的核反應過程中,也可以找到正電子的徑跡。實驗發現,利用能量高於1兆電子伏的γ射線輻射鉛板、薄金屬箔、氣態媒質等都有可能觀察到正電子的出現。而且正電子總是和普通電子成對地產生,它們所帶的電荷相反,因而在磁場里總是彎向不同的方向,此外,電子對湮滅成光子對的說法也得到實驗證實。

電子對的產生及湮滅使人們對基本粒子的認識發生了重大的變化,人們不得不重新考慮究竟什麼是基本粒子問題。本來基本粒子意味著這些粒子是構成物質最基本的、不可再分的單元,象電子這樣的基本粒子既不能產生,也不會消滅。但現在發現在適當的條件下,正、負電子對可以成對地產生或湮滅,也就是說可以相互轉化。物質的各種形態可以相互轉變,這在認識上無疑是個巨大的飛躍。在這以後又發現了更多的反粒子,因而更多的事實反覆證實了這一規律。
1936年,安德森因發現正電子而獲得了該年度的諾貝爾物理獎,時年僅為31歲。

4 正電子 -相關理論試驗

1928年P.A.M.狄拉克理論上預言。

1932年C.D.安德森首先從宇宙線實驗中證實。高能光子可產生電子-正電子對,反過來,正電子與電子相碰可湮沒為光子或其他粒子。電子-正電子對湮沒是產生新粒子和研究新粒子性質的重要途徑。

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