โพซิตรอน
แอนตี้อนุภาคต่ออิเล็กตรอน

โพซิตรอน (แอนติอิเล็กตรอน)
ภาพถ่าย ห้องเมฆโดยซีดี แอนเดอร์สันของโพซิตรอนตัวแรกที่เคยระบุได้ แผ่นตะกั่วขนาด 6 มม. คั่นห้องเมฆ การเบี่ยงเบนและทิศทางของเส้นทางไอออนของอนุภาคบ่งชี้ว่าอนุภาคเป็นโพซิตรอน
องค์ประกอบอนุภาคมูลฐาน
สถิติเฟอร์มิออน
รุ่นอันดับแรก
การโต้ตอบแรงโน้มถ่วง , แม่เหล็กไฟฟ้า , อ่อน
เครื่องหมาย
อี-
-
เบต้า-
แอนตี้พาร์ติเคิลอิเล็กตรอน
ทฤษฎีพอล ดิรัก (1928)
ค้นพบคาร์ล ดี. แอนเดอร์สัน (1932)
มวลฉัน​
9.109 383 7139 (28) × 10 −31  กก. ‍ [ 1]
5.485 799 090 441 (97) × 10 −4  ดา‍ [ 2]
0.510 998 950 69 (16)  MeV/ c 2 [3]
อายุการใช้งานเฉลี่ยเสถียร (เช่นเดียวกับอิเล็กตรอน)
ประจุไฟฟ้า+1  อี
+1.602 176 634 × 10 −19  องศาเซลเซียส‍ [ 4]
หมุน⁠1-2⁠  ħ (เช่นเดียวกับอิเล็กตรอน)
ไอโซสปินที่อ่อนแอซ้าย : 0 , ขวา :1-2⁠

โพซิตรอนหรือแอนตี้อิเล็กตรอนคืออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า +1 eสปิน 1/2 (เท่ากับอิเล็กตรอน) และมีมวลเท่ากับอิเล็กตรอนมันคือแอนตี้อนุภาค ( คู่ แอนตี้แมตเตอร์ ) ของอิเล็กตรอนเมื่อโพซิตรอนชนกับอิเล็กตรอน จะเกิด การสูญสิ้นหากการชนนี้เกิดขึ้นที่พลังงานต่ำ จะส่งผลให้เกิดโฟตอน สองตัวหรือ มากกว่า

โพซิตรอนสามารถสร้างขึ้นได้จาก การสลายตัวของกัมมันตภาพรังสี โพซิตรอน (ผ่านปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอ ) หรือโดยการผลิตคู่จากโฟตอน ที่มีพลังงานเพียงพอ ซึ่งโต้ตอบกับอะตอมในวัสดุ

ประวัติศาสตร์

ทฤษฎี

ในปี 1928 พอล ดิแรกได้ตีพิมพ์บทความที่เสนอว่าอิเล็กตรอนสามารถมีประจุบวกและประจุลบได้[5]บทความนี้ได้แนะนำสมการของดิแรกซึ่งเป็นการรวมกันของกลศาสตร์ควอนตัม ทฤษฎีสัมพันธภาพพิเศษและแนวคิดใหม่ในขณะนั้นเกี่ยวกับการหมุน ของอิเล็กตรอน เพื่ออธิบายปรากฏการณ์ซีมันบทความนี้ไม่ได้ทำนายอนุภาคใหม่โดยชัดเจน แต่ได้อนุญาตให้อิเล็กตรอนที่มีพลังงานบวกหรือพลังงานลบเป็นคำตอบจาก นั้น เฮอร์มันน์ ไวล์ได้ตีพิมพ์บทความที่อภิปรายถึงนัยทางคณิตศาสตร์ของคำตอบพลังงานลบ[6]คำตอบพลังงานบวกอธิบายผลการทดลอง แต่ดิแรกรู้สึกสับสนกับคำตอบพลังงานลบที่ถูกต้องเท่าเทียมกันที่แบบจำลองทางคณิตศาสตร์อนุญาตให้ทำได้ กลศาสตร์ควอนตัมไม่อนุญาตให้ละเลยคำตอบพลังงานลบอย่างง่ายๆ อย่างที่กลศาสตร์คลาสสิกมักทำในสมการดังกล่าว คำตอบคู่หมายถึงความเป็นไปได้ที่อิเล็กตรอนจะกระโดดระหว่างสถานะพลังงานบวกและพลังงานลบโดยธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการสังเกตการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวในการทดลอง[5]

Dirac เขียนบทความติดตามผลในเดือนธันวาคม 1929 [7]ซึ่งพยายามอธิบายวิธีแก้ปัญหาพลังงานลบที่หลีกเลี่ยงไม่ได้สำหรับอิเล็กตรอนเชิงสัมพันธภาพ เขาโต้แย้งว่า "... อิเล็กตรอนที่มีพลังงานลบจะเคลื่อนที่ในสนาม [แม่เหล็กไฟฟ้า] ภายนอกราวกับว่ามีประจุบวก" นอกจากนี้ เขายังยืนยันอีกว่าพื้นที่ทั้งหมดสามารถถือได้ว่าเป็น"ทะเล" ของสถานะพลังงานลบที่ถูกเติมเต็ม เพื่อป้องกันไม่ให้อิเล็กตรอนกระโดดไปมาระหว่างสถานะพลังงานบวก (ประจุไฟฟ้าลบ) และสถานะพลังงานลบ (ประจุบวก) บทความยังได้สำรวจความเป็นไปได้ที่โปรตอนจะเป็นเกาะในทะเลนี้ และอาจเป็นอิเล็กตรอนพลังงานลบก็ได้ Dirac ยอมรับว่าโปรตอนที่มีมวลมากกว่าอิเล็กตรอนมากเป็นปัญหา แต่แสดง "ความหวัง" ว่าทฤษฎีในอนาคตจะแก้ไขปัญหานี้ได้[7]

โรเบิร์ต ออพเพนไฮเมอร์โต้แย้งอย่างหนักแน่นว่าโปรตอนเป็นคำตอบอิเล็กตรอนพลังงานลบสำหรับสมการของดิแรก เขาอ้างว่าหากเป็นเช่นนั้น อะตอมไฮโดรเจนจะทำลายตัวเองอย่างรวดเร็ว[8]ในปี 1931 ไวล์ได้แสดงให้เห็นว่าอิเล็กตรอนพลังงานลบจะต้องมีมวลเท่ากับอิเล็กตรอนพลังงานบวก[9]จากการโน้มน้าวใจของออพเพนไฮเมอร์และไวล์ ดิแรกจึงได้ตีพิมพ์บทความในปี 1931 ซึ่งทำนายการมีอยู่ของอนุภาคที่ยังไม่มีใครสังเกตเห็น ซึ่งเขาเรียกว่า "แอนตี้อิเล็กตรอน" ซึ่งจะมีมวลเท่ากันและมีประจุตรงข้ามกับอิเล็กตรอน และจะทำลายล้างซึ่งกันและกันเมื่อสัมผัสกับอิเล็กตรอน[10]

ริชาร์ด ไฟน์แมนและเอิร์นสท์ สตึคเคิลเบิร์ก ก่อนหน้านี้ เสนอการตีความโพซิตรอนว่าเป็นอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ย้อนเวลา[11]โดยตีความคำตอบพลังงานลบของสมการดิแรกใหม่ อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ย้อนเวลาจะมีประจุไฟฟ้าบวกจอห์น อาร์ชิบัลด์ วีลเลอร์ใช้แนวคิดนี้เพื่ออธิบายคุณสมบัติเหมือนกันที่อิเล็กตรอนทั้งหมดมีร่วมกัน โดยแนะนำว่า"ทั้งหมดเป็นอิเล็กตรอนตัวเดียวกัน" โดยมี เส้นโลกที่ซับซ้อนและตัดกันเอง[ 12] โยอิชิโร นัมบุใช้แนวคิดนี้ในภายหลังกับการผลิตและการทำลายคู่อนุภาค-ปฏิปักษ์อนุภาคทั้งหมด โดยระบุว่า "การสร้างและการทำลายคู่ในที่สุดที่อาจเกิดขึ้นเป็นครั้งคราวไม่ใช่การสร้างหรือการทำลาย แต่เป็นเพียงการเปลี่ยนทิศทางของอนุภาคที่เคลื่อนที่ จากอดีตสู่อนาคต หรือจากอนาคตสู่อดีต" [13]ปัจจุบันนี้ มุมมองย้อนหลังได้รับการยอมรับว่าเทียบเท่ากับภาพอื่นๆ อย่างสมบูรณ์ แต่ไม่ได้มีความเกี่ยวข้องใดๆ กับคำศัพท์มหภาคอย่าง "เหตุ" และ "ผล" ซึ่งไม่ปรากฏในคำอธิบายทางกายภาพในระดับจุลภาค[ จำเป็นต้องอ้างอิง ]

เบาะแสการทดลองและการค้นพบ

เครื่องตรวจจับอนุภาคในยุคแรกๆ ของฟิสิกส์อนุภาค นั้นเคย ใช้ห้องเมฆวิลสันในการค้นพบโพซิตรอนมิวออนและเคออน
แอนตี้แมตเตอร์
แผนภาพ Feynman แสดงให้เห็นการทำลายล้างระหว่างอิเล็กตรอนและโพซิตรอน (แอนติอิเล็กตรอน) โดยสร้างโฟตอนที่สลายตัวในภายหลังเป็นคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอนใหม่
แอนตี้อนุภาค

โอเนีย

แนวคิดและปรากฏการณ์
อุปกรณ์
การใช้งาน
นักวิทยาศาสตร์

แหล่งข้อมูลหลายแห่งอ้างว่าDmitri Skobeltsynสังเกตโพซิตรอนเป็นครั้งแรกก่อนปี 1930 [14]หรือเร็วสุดในปี 1923 [15]พวกเขาระบุว่าในขณะที่ใช้ห้องเมฆ วิลสัน [16]เพื่อศึกษาปรากฏการณ์คอมป์ตัน Skobeltsyn ตรวจพบอนุภาคที่ทำหน้าที่เหมือนอิเล็กตรอนแต่โค้งไปในทิศทางตรงข้ามในสนามแม่เหล็กที่ใช้ และเขาได้นำเสนอภาพถ่ายที่มีปรากฏการณ์นี้ในการประชุมที่มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์เมื่อวันที่ 23–27 กรกฎาคม 1928 ในหนังสือของเขา[17]เกี่ยวกับประวัติการค้นพบโพซิตรอนจากปี 1963 Norwood Russell Hansonได้ให้รายละเอียดโดยละเอียดเกี่ยวกับเหตุผลของการยืนยันนี้ และนี่อาจเป็นที่มาของตำนานนี้ แต่เขายังได้นำเสนอการคัดค้านของ Skobeltsyn ในภาคผนวก[18]ต่อมา Skobeltsyn ปฏิเสธข้อเรียกร้องนี้อย่างหนักแน่นยิ่งขึ้น โดยเรียกมันว่า "ไม่มีอะไรนอกจากความไร้สาระ" [19]

สโกเบลท์ซินได้ปูทางไปสู่การค้นพบโพซิตรอนในที่สุดด้วยผลงานสำคัญสองประการ ได้แก่ การเพิ่มสนามแม่เหล็กเข้าไปในห้องเมฆของเขา (ในปี พ.ศ. 2468 [20] ) และการค้นพบรังสีคอสมิกของอนุภาคที่มีประจุ[ 21 ]ซึ่งเขาได้รับเครดิตในการบรรยายรางวัลโนเบลของคาร์ล เดวิด แอนเดอร์สัน [ 22]สโกเบลท์ซินสังเกตเห็นรอยโพซิตรอนที่น่าจะเป็นไปได้บนภาพที่ถ่ายในปี พ.ศ. 2474 [23]แต่ไม่ได้ระบุว่าเป็นรอยดังกล่าวในขณะนั้น

ในทำนองเดียวกันในปี 1929 Chung-Yao Chaoนักศึกษาระดับปริญญาตรีชาวจีนที่Caltechได้สังเกตเห็นผลลัพธ์ที่ผิดปกติบางอย่างซึ่งบ่งชี้ว่าอนุภาคมีพฤติกรรมเหมือนอิเล็กตรอน แต่มีประจุบวก แม้ว่าผลลัพธ์จะไม่ชัดเจนและปรากฏการณ์ดังกล่าวไม่ได้รับการดำเนินการต่อไป[24]ห้าสิบปีต่อมา Anderson ยอมรับว่าการค้นพบของเขาได้รับแรงบันดาลใจจากผลงานของChung-Yao Chao เพื่อนร่วมชั้นเรียนที่ Caltech ซึ่งการวิจัยของเขาเป็นรากฐานที่งานของ Anderson ส่วนใหญ่ได้รับการพัฒนา แต่ไม่ได้รับการยกย่องในเวลานั้น[25]

แอนเดอร์สันค้นพบโพซิตรอนเมื่อวันที่ 2 สิงหาคม 1932 [26]ซึ่งเขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี 1936 [27]แอนเดอร์สันไม่ได้เป็นผู้บัญญัติศัพท์คำว่าโพซิตรอนแต่อนุญาตให้ใช้ตามคำแนะนำของ บรรณาธิการวารสาร Physical Reviewซึ่งเขาได้ส่งบทความการค้นพบของเขาไปให้ในช่วงปลายปี 1932 โพซิตรอนเป็นหลักฐานแรกของปฏิสสารและถูกค้นพบเมื่อแอนเดอร์สันปล่อยให้รังสีคอสมิกผ่านห้องเมฆและแผ่นตะกั่ว แม่เหล็กล้อมรอบเครื่องมือนี้ ทำให้อนุภาคโค้งงอไปในทิศทางต่างๆ ขึ้นอยู่กับประจุไฟฟ้าของพวกมัน เส้นทางไอออนที่ทิ้งไว้โดยโพซิตรอนแต่ละตัวปรากฏบนแผ่นถ่ายภาพโดยมีความโค้งที่ตรงกับอัตราส่วนมวลต่อประจุของอิเล็กตรอน แต่ในทิศทางที่แสดงว่าประจุเป็นบวก[28]

แอนเดอร์สันเขียนไว้ย้อนหลังว่าโพซิตรอนน่าจะค้นพบได้เร็วกว่านี้ตามผลงานของ Chung-Yao Chao หากเพียงแต่มีการติดตามผลต่อไป[24] เฟรเดอริกและอีแรน โจลิออต-กูรีในปารีสมีหลักฐานของโพซิตรอนในรูปถ่ายเก่าเมื่อผลการวิจัยของแอนเดอร์สันออกมา แต่พวกเขากลับมองว่าเป็นโปรตอน[28]

โพซิตรอนยังถูกค้นพบในเวลาเดียวกันโดยแพทริก แบล็กเก็ตต์และจูเซปเป อ็อกเกียลินีที่ห้องปฏิบัติการคาเวนดิชในปี พ.ศ. 2475 แบล็กเก็ตต์และอ็อกเกียลินีได้ชะลอการตีพิมพ์เพื่อให้ได้หลักฐานที่ชัดเจนยิ่งขึ้น ดังนั้นแอนเดอร์สันจึงสามารถตีพิมพ์การค้นพบดังกล่าวได้ก่อน[29]

การผลิตตามธรรมชาติ

โพซิตรอนถูกผลิตขึ้นพร้อมกับนิวตริโนตามธรรมชาติในการสลายตัวβ +ของไอโซโทปกัมมันตรังสีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ (เช่นโพแทสเซียม-40 ) และในปฏิสัมพันธ์ของแกมมาควอนตัม (ปล่อยออกมาจากนิวเคลียสกัมมันตรังสี) กับสสารแอนตินิวตริโนเป็นแอนติอนุภาคอีกประเภทหนึ่งที่ผลิตขึ้นจากกัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติ (การสลายตัว β − ) แอนติอนุภาคประเภทต่างๆ มากมายยังผลิตขึ้นโดย (และมีอยู่ใน) รังสีคอสมิกในงานวิจัยที่ตีพิมพ์ในปี 2011 โดยAmerican Astronomical Societyพบว่าโพซิตรอนมีต้นกำเนิดมาจาก เมฆ ฝนฟ้าคะนองโพซิตรอนถูกผลิตขึ้นในแฟลชรังสีแกมมาที่สร้างขึ้นโดยอิเล็กตรอนที่เร่งด้วยสนามไฟฟ้าแรงสูงในเมฆ[30]แอนติโปรตอนยังพบอยู่ในแถบแวนอัลเลนรอบโลกโดยโมดูลPAMELA [31] [32]

แอนติอนุภาคที่พบมากที่สุดคือแอนตินิวทริโนและโพซิตรอนเนื่องจากมีมวลต่ำ นอกจากนี้ยังเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงเพียงพอ (พลังงานเฉลี่ยของอนุภาคมากกว่า เกณฑ์ การผลิตคู่ ) ในช่วงเวลาของแบริโอเจเนซิสเมื่อจักรวาลมีความร้อนและหนาแน่นมาก สสารและแอนติสสารจะถูกผลิตและทำลายล้างอย่างต่อเนื่อง การมีอยู่ของสสารที่เหลืออยู่และการไม่มีแอนติสสารที่เหลืออยู่ที่ตรวจจับได้[33]เรียกอีกอย่างว่าความไม่สมมาตรของแบริออน เป็นผลมาจาก การละเมิด CPซึ่งเป็นการละเมิดสมมาตร CP ที่เกี่ยวข้องกับสสารกับแอนติสสาร กลไกที่แน่นอนของการละเมิดนี้ระหว่างแบริโอเจเนซิสยังคงเป็นปริศนา[34]

การผลิตโพซิตรอนจากกัมมันตภาพรังสี
เบต้า-
การสลายตัวสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นการผลิตแบบเทียมและแบบธรรมชาติ เนื่องจากการผลิตไอโซโทปรังสีสามารถเกิดขึ้นได้ตามธรรมชาติหรือเทียมก็ได้ ไอโซโทปรังสีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่รู้จักกันดีที่สุดซึ่งผลิตโพซิตรอนคือโพแทสเซียม-40 ซึ่งเป็นไอโซโทปโพแทสเซียมที่มีอายุยืนยาวซึ่งเกิดขึ้นเป็นไอโซโทปดั้งเดิมของโพแทสเซียม แม้ว่าจะมีโพแทสเซียมเป็นเปอร์เซ็นต์เล็กน้อย (0.0117%) แต่ก็เป็นไอโซโทปรังสีที่มีมากที่สุดในร่างกายมนุษย์ ในร่างกายมนุษย์ที่มีมวล 70 กิโลกรัม (150 ปอนด์) นิวเคลียส40 K ประมาณ 4,400 นิวเคลียสจะสลายตัวต่อวินาที[35]กิจกรรมของโพแทสเซียมธรรมชาติคือ 31 Bq /g [36]ประมาณ 0.001% ของ การสลายตัว 40 K เหล่านี้ผลิตโพซิตรอนธรรมชาติประมาณ 4,000 โพซิตรอนต่อวันในร่างกายมนุษย์[37]โพซิตรอนเหล่านี้จะค้นหาอิเล็กตรอน ทำลายล้าง และผลิตโฟตอน 511 keV เป็นคู่ๆ ในกระบวนการที่คล้ายกัน (แต่มีความเข้มข้นต่ำกว่ามาก) กับกระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างขั้นตอนการแพทย์นิวเคลียร์ด้วยการสแกน PET [ จำเป็นต้องอ้างอิง ]

การสังเกตการณ์ล่าสุดบ่งชี้ว่าหลุมดำและดาวนิวตรอนผลิตพลาสมา โพซิตรอน-อิเล็กตรอนจำนวนมหาศาล ในเจ็ตดาราศาสตร์นอกจากนี้ ยังมีเมฆพลาสมาโพซิตรอน-อิเล็กตรอนขนาดใหญ่ที่สัมพันธ์กับดาวนิวตรอนอีกด้วย[38] [39] [40]

การสังเกตในรังสีคอสมิก

การทดลองผ่านดาวเทียมพบหลักฐานของโพซิตรอน (รวมถึงแอนติโปรตอนบางชนิด) ในรังสีคอสมิกปฐมภูมิ ซึ่งคิดเป็นน้อยกว่า 1% ของอนุภาคในรังสีคอสมิกปฐมภูมิ[41]อย่างไรก็ตาม เศษส่วนของโพซิตรอนในรังสีคอสมิกได้รับการวัดเมื่อไม่นานนี้ด้วยความแม่นยำที่เพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระดับพลังงานที่สูงขึ้นมาก และเศษส่วนของโพซิตรอนพบว่ามีมากขึ้นในรังสีคอสมิกที่มีพลังงานสูงขึ้นเหล่านี้[42]

สิ่งเหล่านี้ดูเหมือนจะไม่ใช่ผลิตภัณฑ์ของปฏิสสารจำนวนมากจากบิ๊กแบงหรือปฏิสสารที่ซับซ้อนในจักรวาล (ซึ่งยังขาดหลักฐาน ดูด้านล่าง) ปฏิสสารในรังสีคอสมิกดูเหมือนจะประกอบด้วยอนุภาคพื้นฐานสองชนิดนี้เท่านั้น ทฤษฎีล่าสุดแนะนำว่าที่มาของโพซิตรอนดังกล่าวอาจมาจากการทำลายล้างอนุภาคสสารมืด การเร่งโพซิตรอนให้มีพลังงานสูงในวัตถุท้องฟ้า และการผลิตโพซิตรอนพลังงานสูงในปฏิกิริยาระหว่างนิวเคลียสของรังสีคอสมิกกับก๊าซระหว่างดวงดาว[43]

ผลเบื้องต้นจากเครื่องตรวจวัดสเปกตรัมแม่เหล็กอัลฟา ( AMS-02 ) ซึ่งใช้งานอยู่บนสถานีอวกาศนานาชาติ ในปัจจุบัน แสดงให้เห็นว่าโพซิตรอนในรังสีคอสมิกมาถึงโดยไม่มีทิศทาง และมีพลังงานตั้งแต่ 0.5 GeV ถึง 500 GeV [44] [45]เศษส่วนโพซิตรอนมีค่าสูงสุดที่ประมาณ 16% ของเหตุการณ์อิเล็กตรอน+โพซิตรอนทั้งหมด โดยมีพลังงานประมาณ 275 ± 32 GeV ที่พลังงานสูงขึ้น สูงถึง 500 GeV อัตราส่วนของโพซิตรอนต่ออิเล็กตรอนจะเริ่มลดลงอีกครั้ง ฟลักซ์สัมบูรณ์ของโพซิตรอนยังเริ่มลดลงก่อน 500 GeV แต่มีค่าสูงสุดที่พลังงานสูงกว่าพลังงานอิเล็กตรอนมาก ซึ่งมีค่าสูงสุดที่ประมาณ 10 GeV [46] [47]ผลลัพธ์เหล่านี้เมื่อตีความแล้วได้รับการเสนอว่าเกิดจากการผลิตโพซิตรอนในเหตุการณ์การทำลายล้างอนุภาคสสารมืด ขนาดใหญ่ [48]

โพซิตรอน เช่นเดียวกับแอนติโปรตอน ดูเหมือนจะไม่ได้มีต้นกำเนิดมาจากบริเวณ "แอนติแมทเทอร์" ในจักรวาลใดๆ ในทางทฤษฎี ในทางตรงกันข้าม ไม่มีหลักฐานของนิวเคลียสอะตอมแอนติแมทเทอร์ที่ซับซ้อน เช่น นิวเคลียส แอนติฮีเลียม (หรืออนุภาคแอนติแอลฟา) ในรังสีคอสมิก อนุภาคเหล่านี้กำลังถูกค้นหาอย่างจริงจัง ต้นแบบของAMS-02ที่เรียกว่าAMS-01ถูกส่งขึ้นสู่อวกาศบนกระสวยอวกาศดิสคัฟ เวอรีบน STS-91ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2541 เมื่อไม่ตรวจพบแอนติฮีเลียมเลยAMS-01จึงได้กำหนดขีดจำกัดบนที่ 1.1×10 −6สำหรับอัตราส่วนฟลักซ์แอ นติฮีเลียมต่อฮีเลียม [49]

การผลิตด้วยเทียม

นักฟิสิกส์ที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติลอว์เรนซ์ลิเวอร์มอร์ในแคลิฟอร์เนียได้ใช้เลเซอร์ ที่มีความเข้มข้นสูงระยะสั้น เพื่อฉายรังสีไป ยังเป้าหมาย ทองคำ ที่มีความหนาหนึ่งมิลลิเมตร และผลิตโพซิตรอนได้มากกว่า 100 พันล้านตัว[ 50]ปัจจุบัน การผลิตลำแสงโพซิตรอน-อิเล็กตรอนที่มีประจุไฟฟ้า 5 MeV จำนวนมากในห้องปฏิบัติการทำให้สามารถตรวจสอบลักษณะเฉพาะต่างๆ ได้หลายประการ เช่น ธาตุต่างๆ ตอบสนองต่อปฏิสัมพันธ์หรือการกระทบของโพซิตรอนที่มีประจุไฟฟ้า 5 MeV อย่างไร พลังงานถูกถ่ายโอนไปยังอนุภาคอย่างไร และผลกระทบจากการระเบิดของรังสีแกมมา[51]

ในปี 2023 ความร่วมมือระหว่างCERNและมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดได้ทำการทดลองที่โรงงาน HiRadMat [52]ซึ่งผลิตลำแสงอิเล็กตรอน-โพซิตรอนที่มีระยะเวลานาโนวินาทีจำนวนมากกว่า 10 ล้านล้านคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอน จึงทำให้เกิด "พลาสมาคู่" แรกในห้องปฏิบัติการที่มีความหนาแน่นเพียงพอที่จะรองรับพฤติกรรมของพลาสมาส่วนรวม[53]การทดลองในอนาคตเปิดโอกาสให้ศึกษาฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้องกับสภาพแวดล้อมทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์สุดขั้วที่มีการสร้างคู่อิเล็กตรอน-โพซิตรอนจำนวนมาก เช่นการระเบิดของรังสีแกมมาการระเบิดวิทยุที่รวดเร็วและเจ็ต เบลซาร์

แอปพลิเคชั่น

การทดลอง เครื่องเร่งอนุภาคบางประเภทเกี่ยวข้องกับการชนกันของโพซิตรอนและอิเล็กตรอนด้วยความเร็วเชิงสัมพัทธภาพ พลังงานการกระทบที่สูงและการทำลายล้างซึ่งกันและกันของสสาร/ปฏิสสารที่ตรงข้ามกันก่อให้เกิดแหล่งอนุภาคย่อยอะตอมที่หลากหลาย นักฟิสิกส์ศึกษาผลของการชนกันเหล่านี้เพื่อทดสอบการคาดการณ์ทางทฤษฎีและค้นหาอนุภาคประเภทใหม่[ จำเป็นต้องอ้างอิง ]

การ ทดลอง ALPHAผสมผสานโพซิตรอนกับแอนติโปรตอนเพื่อศึกษาคุณสมบัติของแอนติไฮโดรเจน [ 54]

รังสีแกมมาซึ่งปล่อยออกมาทางอ้อมโดยนิวไคลด์กัมมันตรังสีโพซิตรอน (สารติดตาม) จะถูกตรวจจับในเครื่องสแกนเอกซเรย์ด้วยการปล่อยโพซิตรอน (PET) ที่ใช้ในโรงพยาบาล เครื่องสแกน PET จะสร้างภาพสามมิติโดยละเอียดของกิจกรรมการเผาผลาญภายในร่างกายมนุษย์[55]

เครื่องมือทดลองที่เรียกว่าสเปกโตรสโคปีการทำลายล้างโพซิตรอน (PAS) ใช้ในการวิจัยวัสดุเพื่อตรวจจับการเปลี่ยนแปลงในความหนาแน่น ข้อบกพร่อง การเคลื่อนตัว หรือแม้แต่ช่องว่าง ภายในวัสดุแข็ง[56]

ดูเพิ่มเติม

อ้างอิง

  1. ^ "ค่า CODATA ปี 2022: มวลอิเล็กตรอน" อ้างอิง NIST เกี่ยวกับค่าคงที่ หน่วย และความไม่แน่นอน NIST พฤษภาคม 2024 สืบค้นเมื่อ18พฤษภาคม2024
  2. ^ "ค่า CODATA ปี 2022: มวลอิเล็กตรอนในหน่วย u" อ้างอิง NIST เกี่ยวกับค่าคงที่ หน่วย และความไม่แน่นอน NISTพฤษภาคม2024สืบค้นเมื่อ18 พฤษภาคม 2024
  3. ^ "ค่า CODATA ปี 2022: มวลพลังงานอิเล็กตรอนเทียบเท่าในหน่วย MeV" อ้างอิง NIST เกี่ยว กับค่าคงที่ หน่วย และความไม่แน่นอน NIST พฤษภาคม 2024 สืบค้นเมื่อ18 พฤษภาคม 2024
  4. ^ "ค่า CODATA ปี 2022 : ประจุเบื้องต้น" อ้างอิง NIST เกี่ยวกับค่าคงที่ หน่วย และความไม่แน่นอน NIST พฤษภาคม 2024 สืบค้นเมื่อ18พฤษภาคม2024
  5. ^ ab Dirac, PAM (1928). "ทฤษฎีควอนตัมของอิเล็กตรอน" Proceedings of the Royal Society A . 117 (778): 610–624. Bibcode :1928RSPSA.117..610D. doi : 10.1098/rspa.1928.0023 .
  6. ^ Weyl, H. (1929). "แรงโน้มถ่วงและอิเล็กตรอน". PNAS . 15 (4): 323–334. Bibcode :1929PNAS...15..323W. doi : 10.1073/pnas.15.4.323 . PMC 522457 . PMID  16587474. 
  7. ^ ab Dirac, PAM (1930). "ทฤษฎีของอิเล็กตรอนและโปรตอน" Proceedings of the Royal Society A . 126 (801): 360–365. Bibcode :1930RSPSA.126..360D. doi : 10.1098/rspa.1930.0013 .
  8. ^ Oppenheimer, JR (มีนาคม 1930). "หมายเหตุเกี่ยวกับทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามและสสาร" Physical Review . 35 (5): 461–477. Bibcode :1930PhRv...35..461O. doi :10.1103/PhysRev.35.461. ISSN  0031-899X
  9. ↑ ไวล์, เอช. (พฤศจิกายน 1927). "Quantenmechanik und Gruppentheorie" (PDF ) Zeitschrift für Physik (ภาษาเยอรมัน) 46 (1–2): 1–46. Bibcode :1927ZPhy...46....1W. ดอย :10.1007/BF02055756. ISSN  1434-6001.
  10. ^ Dirac, PAM (1931). "Quantised Singularities in the Quantum Field". Proceedings of the Royal Society A . 133 (821): 60–72. Bibcode :1931RSPSA.133...60D. doi : 10.1098/rspa.1931.0130 .
  11. ^ Feynman, R. (1949). "The theory of positrons". Physical Review . 76 (6): 749–759. Bibcode :1949PhRv...76..749F. doi :10.1103/PhysRev.76.749. S2CID  120117564. เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 9 สิงหาคม 2022 . สืบค้นเมื่อ28 ธันวาคม 2021 .
  12. ^ Feynman, R. (11 ธันวาคม 1965). การพัฒนาของมุมมองกาลอวกาศของอิเล็กโทรไดนามิกควอนตัม (การพูด). บรรยายรางวัลโนเบลสืบค้นเมื่อ2 มกราคม 2007
  13. ^ Nambu, Y. (1950). "การใช้เวลาที่เหมาะสมในอิเล็กโทรไดนามิกควอนตัม I". ความก้าวหน้าของฟิสิกส์เชิงทฤษฎี . 5 (1): 82–94. Bibcode :1950PThPh...5...82N. doi : 10.1143/PTP/5.1.82 .
  14. ^ วิลสัน, เดวิด (1983). รัทเทอร์ฟอร์ด, อัจฉริยะง่ายๆ . ฮอดเดอร์และสโตตัน หน้า 562–563 ISBN 0-340-23805-4-
  15. ^ Close, F. (2009). Antimatter . Oxford University Press . หน้า 50–52. ISBN 978-0-19-955016-6-
  16. ^ Cowan, E. (1982). "ภาพที่ไม่กลับด้าน". วิศวกรรมและวิทยาศาสตร์ . 46 (2): 6–28.
  17. ^ แฮนสัน, นอร์วูด รัสเซล (1963). แนวคิดเรื่องโพซิตรอน . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ . หน้า 136–139 ISBN 978-0-521-05198-9-
  18. ^ แฮนสัน, นอร์วูด รัสเซล (1963). แนวคิดเรื่องโพซิตรอน . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ . หน้า 179–183 ISBN 978-0-521-05198-9-
  19. ^ Brown, Laurie M.; Hoddeson, Lillian (1983). The Birth of Particle Physics . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ หน้า 118–119 ISBN 0-521-24005-0-
  20. ^ Bazilevskaya, GA (2014). "Skobeltsyn และช่วงแรกของฟิสิกส์อนุภาคจักรวาลในสหภาพโซเวียต" Astroparticle Physics . 53 : 61–66. Bibcode :2014APh....53...61B. doi :10.1016/j.astropartphys.2013.05.007.
  21. ↑ สโกเบลต์ซิน ดี. (1929) "Uber eine neue Art sehr schneller beta-Strahlen" ซี.ฟิส . 54 (9–10): 686–702. Bibcode :1929ZPhy...54..686S. ดอย :10.1007/BF01341600. S2CID  121748135.
  22. ^ Anderson, Carl D. (1936). " การผลิตและคุณสมบัติของโพซิตรอน" สืบค้นเมื่อ10 สิงหาคม 2020
  23. ^ Skobeltzyn, D. (1934). "รอยทางอิเล็กตรอนเชิงบวก". Nature . 133 (3349): 23–24. Bibcode :1934Natur.133...23S. doi :10.1038/133023a0. S2CID  4226799.
  24. ^ ab Merhra, J. ; Rechenberg, H. (2000). การพัฒนาทางประวัติศาสตร์ของทฤษฎีควอนตัม เล่มที่ 6: ความสมบูรณ์ของกลศาสตร์ควอนตัม 1926–1941. Springer. หน้า 804. ISBN 978-0-387-95175-1-
  25. ^ Cao, Cong (2004). "วิทยาศาสตร์จีนและ 'กลุ่มรางวัลโนเบล'" (PDF) . Minerva . 42 (2): 154. doi :10.1023/b:mine.0000030020.28625.7e. ISSN  0026-4695. S2CID  144522961
  26. ^ Anderson, CD (1933). "อิเล็กตรอนบวก". Physical Review . 43 (6): 491–494. Bibcode :1933PhRv...43..491A. doi : 10.1103/PhysRev.43.491 .
  27. ^ "รางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ 1936" . สืบค้นเมื่อ21 มกราคม 2010 .
  28. ^ โดย Gilmer, PJ (19 กรกฎาคม 2011). "Irène Jolit-Curie, a Nobel laureate in artificial radioactivity" (PDF) . หน้า 8. เก็บถาวรจากแหล่งเดิม(PDF)เมื่อ 19 พฤษภาคม 2014 . สืบค้นเมื่อ13 กรกฎาคม 2013 .
  29. ^ "Atop the Physics Wave: Rutherford Back in Cambridge, 1919–1937". Rutherford's Nuclear World . American Institute of Physics . 2011–2014. เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 21 ตุลาคม 2014. สืบค้นเมื่อ19 สิงหาคม 2014 .
  30. ^ Palmer, J. (11 มกราคม 2011). "Antimatter caught streaming from thunderstorms on Earth". BBC News . เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 12 มกราคม 2011. สืบค้นเมื่อ11 มกราคม 2011 .
  31. ^ Adriani, O.; et al. (2011). "การค้นพบแอนติโปรตอนรังสีคอสมิกที่ติดกับสนามแม่เหล็กโลก". The Astrophysical Journal Letters . 737 (2): L29. arXiv : 1107.4882 . Bibcode : 2011ApJ...737L..29A . doi : 10.1088/2041-8205/737/2/L29 .
  32. ^ Than, K. (10 สิงหาคม 2011). "พบแอนตี้แมตเตอร์โคจรรอบโลกเป็นครั้งแรก". National Geographic Society . เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 10 ตุลาคม 2011. สืบค้นเมื่อ 12 สิงหาคม 2011 .
  33. ^ "แอนตี้แมทเทอร์เป็นอะไร?" NASA . 29 พฤษภาคม 2000. เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 4 มิถุนายน 2008 . สืบค้นเมื่อ24 พฤษภาคม 2008 .
  34. ^ “ปริศนาของสสารยังคงไม่ได้รับการไข: โปรตอนและแอนติโปรตอนมีคุณสมบัติพื้นฐานร่วมกัน” มหาวิทยาลัยโยฮันเนส กูเทนเบิร์ก ไมนซ์ 19 ตุลาคม 2017
  35. ^ "รังสีและการสลายตัวของกัมมันตรังสี ร่างกายกัมมันตรังสีของมนุษย์" การบรรยายสาธิตของ Harvard Natural Sciences สืบค้นเมื่อ18พฤษภาคม2011
  36. ^ Wintergham, FPW (1989). กัมมันตรังสีตกค้างในดิน พืชผล และอาหาร. องค์การอาหารและเกษตรแห่งสหประชาชาติ หน้า 32 ISBN 978-92-5-102877-3-
  37. ^ Engelkemeir, DW; Flynn, KF; Glendenin, LE (1962). "การปล่อยโพซิตรอนในการสลายตัวของ K 40 ". Physical Review . 126 (5): 1818. Bibcode :1962PhRv..126.1818E. doi :10.1103/PhysRev.126.1818.
  38. ^ "เจ็ทอิเล็กตรอน-โพซิตรอนที่เกี่ยวข้องกับควาซาร์ 3C 279" (PDF )
  39. ^ "กลุ่มเมฆปฏิสสารอันกว้างใหญ่ที่ติดตามไปจนถึงดาวฤกษ์คู่" NASA
  40. ^ วิทยาศาสตร์พร้อมองค์รวม (วิดีโอ) 1 กันยายน 2551 เหตุการณ์เกิดขึ้นเวลา 4:00 น. เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 27 กรกฎาคม 2556 ราศีธนูผลิตอิเล็กตรอน-โพซิตรอน 15 พันล้านตันต่อวินาที
  41. ^ Golden (กุมภาพันธ์ 1996). "Measurement of the Positron to Electron Ratio in Cosmic Rays above 5 GeV". Astrophysical Journal Letters . 457 (2). Bibcode :1996ApJ...457L.103G. doi :10.1086/309896. hdl : 11576/2514376 . S2CID  122660096. สืบค้นเมื่อ19 ตุลาคม 2021 .
  42. ^ Boudaud (19 ธันวาคม 2014). "A new look at the cosmic ray positron fraction". Astronomy & Astrophysics . 575 . สืบค้นเมื่อ19 ตุลาคม 2021 .
  43. ^ "สู่การทำความเข้าใจต้นกำเนิดของโพซิตรอนจากรังสีคอสมิก" เครื่องวัดสเปกตรัมแม่เหล็กอัลฟาบนสถานีอวกาศนานาชาติสืบค้นเมื่อ19ตุลาคม2021
  44. ^ Accardo, L.; et al. ( AMS Collaboration ) (2014). "การวัดสถิติขั้นสูงของเศษส่วนโพซิตรอนในรังสีคอสมิกปฐมภูมิ 0.5–500 GeV ด้วยเครื่อง Alpha Magnetic Spectrometer บนสถานีอวกาศนานาชาติ" (PDF) . Physical Review Letters . 113 (12): 121101 Bibcode :2014PhRvL.113l1101A. doi : 10.1103/PhysRevLett.113.121101 . PMID  25279616
  45. ^ Schirber, M. (2014). "Synopsis: More Dark Matter Hints from Cosmic Rays?". Physical Review Letters . 113 (12): 121102. arXiv : 1701.07305 . Bibcode :2014PhRvL.113l1102A. doi :10.1103/PhysRevLett.113.121102. hdl :1721.1/90426. PMID  25279617. S2CID  2585508.
  46. ^ "ผลลัพธ์ใหม่จากเครื่องวัดสเปกตรัมแม่เหล็กอัลฟาบนสถานีอวกาศนานาชาติ" (PDF) . AMS-02 ที่ NASA . สืบค้นเมื่อ21 กันยายน 2014 .
  47. ^ "เศษส่วนโพซิตรอน". เก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 22 กรกฎาคม 2018 . สืบค้นเมื่อ22 กรกฎาคม 2018 .
  48. ^ Aguilar, M.; et al. (2013). "ผลลัพธ์แรกจากเครื่อง Alpha Magnetic Spectrometer บนสถานีอวกาศนานาชาติ: การวัดเศษส่วนโพซิตรอนอย่างแม่นยำในรังสีคอสมิกปฐมภูมิ 0.5–350 GeV" (PDF) . Physical Review Letters . 110 (14): 141102. Bibcode :2013PhRvL.110n1102A. doi : 10.1103/PhysRevLett.110.141102 . PMID  25166975.
  49. ^ Aguilar, M.; et al. ( AMS Collaboration ) (2002). "เครื่องตรวจวัดสเปกตรัมแม่เหล็กอัลฟา (AMS) บนสถานีอวกาศนานาชาติ: ตอนที่ 1 – ผลการทดสอบเที่ยวบินบนกระสวยอวกาศ" Physics Reports . 366 (6): 331–405. Bibcode :2002PhR...366..331A. doi :10.1016/S0370-1573(02)00013-3. hdl :2078.1/72661. S2CID  122726107.
  50. ^ Bland, E. (1 ธันวาคม 2008). "เทคนิคเลเซอร์ผลิตปฏิสสารจำนวนมาก". NBC News . สืบค้นเมื่อ6 เมษายน 2016 . นักวิทยาศาสตร์ของ LLNL สร้างโพซิตรอนโดยการยิงเลเซอร์ไททันกำลังสูงของห้องปฏิบัติการลงบนแผ่นทองคำหนาหนึ่งมิลลิเมตร
  51. ^ เฉิน, ฮุย (กุมภาพันธ์ 2012). "Relativistic Electron-positron Plasma Jets Using High-intensity Lasers" (PDF) . Lawrence Livermore National Laboratory . เก็บถาวรจากแหล่งเดิม(PDF)เมื่อวันที่ 12 พฤษภาคม 2012การผลิตลำแสงโพซิตรอน-อิเล็กตรอน 5MeV ในห้องปฏิบัติการ
  52. ^ "สิ่งอำนวยความสะดวก HiRadMat ที่ SPS" 8 ธันวาคม 2023
  53. ^ Arrowsmith, CD; Simon, P.; Bilbao, PJ; Bott, AFA; Burger, S.; Chen, H.; Cruz, FD; Davenne, T.; Efthymiopoulos, I.; Froula, DH; Goillot, A.; Gudmundsson, JT; Haberberger, D.; Halliday, JWD; Hodge, T. (12 มิถุนายน 2024). "การสร้างลำแสงพลาสม่าคู่เชิงสัมพัทธภาพในห้องปฏิบัติการ" Nature Communications . 15 (1): 5029. arXiv : 2312.05244 . Bibcode :2024NatCo..15.5029A. doi :10.1038/s41467-024-49346-2. ISSN  2041-1723. PMC 11169600 . หมายเลข PMID  38866733 
  54. ^ Charman, AE (30 เมษายน 2013). "คำอธิบายและการประยุกต์ใช้ครั้งแรกของเทคนิคใหม่เพื่อวัดมวลโน้มถ่วงของแอนติไฮโดรเจน" Nature Communications . 4 (1): 1785–. Bibcode :2013NatCo...4.1785A. doi :10.1038/ncomms2787. ISSN  2041-1723. PMC 3644108 . PMID  23653197. 
  55. ^ Phelps, ME (2006). PET: ฟิสิกส์ เครื่องมือวัด และเครื่องสแกน . Springer. หน้า 2–3 ISBN 978-0-387-32302-2-
  56. ^ "บทนำสู่การวิจัยโพซิตรอน" วิทยาลัยเซนต์โอลาฟเก็บถาวรจากแหล่งเดิมเมื่อ 5 สิงหาคม 2010
วิกิมีเดียคอม มอนส์มีสื่อเกี่ยวกับโพซิตรอน
  • โพซิตรอนคืออะไร? (จากคำถามที่พบบ่อย :: ศูนย์การศึกษาสสารต่อต้านสสาร)
  • เว็บไซต์เกี่ยวกับโพซิตรอนและปฏิสสาร
  • ค้นหาข้อมูลโพซิตรอนที่ SLAC
  • การทำลายล้างด้วยโพซิตรอนเป็นวิธีการทดลองทางฟิสิกส์ที่ใช้ในการวิจัยวัสดุ เก็บถาวรเมื่อ 3 มีนาคม 2022 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน
  • วิธีการผลิตแบบใหม่เพื่อผลิตโพซิตรอนจำนวนมาก
  • เว็บไซต์เกี่ยวกับปฏิสสาร (โพซิตรอน โพซิโทรเนียม และปฏิสสารไฮโดรเจน) ห้องปฏิบัติการโพซิตรอน เมืองโคโม ประเทศอิตาลี
  • เว็บไซต์ของ AEgIS: การทดลองต่อต้านสสาร: แรงโน้มถ่วง, อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์, สเปกโตรสโคปี, CERN
  • บทคัดย่อ: เครื่องเร่งอนุภาคแบบตั้งโต๊ะ ... วิธีตั้งโต๊ะแบบใหม่ในการสร้างกระแสอิเล็กตรอน-โพซิตรอน
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Positron&oldid=1248876489"