¿Cómo Positronium existen?

Question

Recientemente he oído hablar de Positronium, un "elemento" con interesantes propiedades formado por un electrón y un positrón, y me sorprendí al escuchar que los físicos estaban realmente trabajando con este elemento, incluso si para un tiempo de vida muy corto. Yo siempre estaba bajo la impresión de que la materia y la antimateria se aniquilan cuando llegaron ni remotamente cerca el uno del otro, que no parece ser el caso.

Cómo hacer estas dos partículas se combinan para formar un elemento si son de carga opuesta, y aproximadamente la misma masa? Qué tipo de interacciones, posiblemente, podría tener lugar antes de juntarse y ser aniquilado?

Answer 1

Como te has dado cuenta, no es automático que una partícula y su antipartícula se aniquilan unos a otros cuando se acercan el uno al otro. De hecho, no hay ninguna interacción entre las partículas es realmente cierto a suceder. La mecánica cuántica (y en un nivel superior, la teoría cuántica de campos) nos dice que todas estas interacciones suceden con ciertas probabilidades. Así, por ejemplo, cuando una partícula y su antipartícula, que vienen en estrecha proximidad, sólo hay una oportunidad de que ellos van a interactuar dentro de cualquier cantidad dada de tiempo.

Sin embargo, el tiempo de las partículas permanecen juntos, mayor es la probabilidad que tienen de interactuar y aniquilarse los unos a los otros. Este es responsable de la 142 ns vida de positronium como se informó en el artículo de la Wikipedia: la probabilidad de aniquilación aumenta con el tiempo de tal manera que el promedio de vida de un "átomo" de positronium 142 ns.

Como Cedric dijo, mientras el positrón y el electrón no aniquilarse los unos a los otros (y recuerde, no es sólo una limitada posibilidad de que eso ocurra en un momento dado), pueden interactuar de la misma manera como cualquier otra de las partículas cargadas, tales como el protón y el electrón. Está unida por la interacción electromagnética, como en un átomo de hidrógeno o un positronium "átomo" es sólo un ejemplo.

Answer 2

Sólo para agregar. No sólo el positronium existe, también se puede interactuar con la materia y permite que usted haga algunas interesantes de la física. Por ejemplo, en un reciente artículo de S. Mariazzi, P. Bettotti, R. S. Brusa, Positronium de Refrigeración y de Emisión en el Vacío de Nanocanales a temperaturas Criogénicas, Phys. Apo. Lett. 104, 243401 (2010) positronium creado por la deposición de positrones en un nanoestructurados de la superficie se enfría por la colisión con las paredes de nanocanales y thermalized(!) en alrededor de 150K. Aquí está una cita de el resumen de dicho documento:

Alta formación del rendimiento y una significativa enfriado fracción de positronium por debajo de la temperatura de la habitación se obtuvieron mediante la implantación de positrones en un silicio de destino en el que el bien controlada oxidado nanocanales (de 5 a 8 nm de diámetro) perpendicular a la superficie fueron producidos. Se demuestra que mediante la implantación de positrones en 7 keV en el destino que se celebró en 150 K, aproximadamente el 27% de los positrones forma positronium que se escapa hacia el vacío. Alrededor del 9% de la escaparon positronium es enfriado por el choque con las paredes de nanocanales y se emite con un Maxwellian rayo a 150 K.

Answer 3

Eso es porque están cargados opuestamente que pueden formar un estado limitado: aunque clásicamente se puede entender que: opuestamente cargadas cargas se atraen el uno al otro.

Si bien es cierto que una partícula y su antipartícula se puede aniquilarse los unos a los otros, primero tienen que interactuar.

Positronium es puramente electromagnética vinculado estado: el positrón y el electrón se forma un estado limitado por la interacción electromagnética (sin interacción fuerte, como son los leptones, y la interacción débil no juega un papel importante a la forma de la envolvente de estado).

Ellos tienen la misma masa, pero no es un problema real.

Mecánica cuántica este problema es tratado exactamente de la misma manera como el ejemplo clásico del átomo de hidrógeno. Primero se separa el centro de masa de un problema, pero aquí ya que tienen la misma masa que esto no puede ser descuidado en el resultado final.

A continuación se calcula la interacción de una partícula con el centro de masa (en el caso del átomo de H, esto es, inequívocamente, la interacción de los electrones con los protones, pero aquí está uno de los dos leptones con el centro de la masa que está en el medio).

También debo señalar que, incluso si el obligado estado es estable desde ese punto de vista, la positronium finalmente aniquilar debido a las dos de la función de onda se superponen y por lo tanto estos dos anti-partículas pueden interactuar y aniquilar.

Positronium puede ser formado en una variedad de maneras, por ejemplo, donde puede crear positronium en su cuarto de baño es un elemento que es $\beta^+$ inestable. Después de esta decadencia, un positrón se emite. Se puede interactuar con el gran número de electrones presentes en la materia y pueden formar un estado asociado: el positronium.

Answer 4

Para un giro ligeramente diferente en más o menos la misma cosa que ya se ha dicho: La idea de que un electrón viene especie de cerca de un positrón inevitablemente aniquilar con la que se trata del mismo tipo de idea errónea que conduce a la gente a pensar que los objetos próximos especie de cerca de un agujero negro se caen inevitablemente en. Ninguno de los dos es inevitable, debido a que el efecto de ambas fuerzas es solo para tirar los objetos el uno hacia el otro, que puede o no puede conducir a un choque, que los consume, dependiendo de los detalles del movimiento de las partículas antes de comenzar a interactuar.

Usted puede ser capaz de reclamar que un positrón y un electrón que empezar perfectamente en el resto iba a aniquilar sin la formación de un estado limitado, pero eso es totalmente irreal de la situación para un montón de razones, incluyendo el principio de incertidumbre. Si empiezan a salir alejados el uno del otro con cierta velocidad inicial, sin embargo, su destino dependerá de la disposición exacta de las condiciones iniciales. La formación de un estable estado enlazado más probable es que requiere una tercera partícula, así, conservar la energía y el impulso.

Answer 5

Dependiendo de la relación de spin-orientación de electrón y positrón, la positronium puede tener dos estados de spin: si el electrón y un positrón se han anti-paralelo spins (+1/2 y -1/2), el positronium será de spin-estado singlete con intrínseco de la vida 0.125 ns y se descompone a través de dos fotones de aniquilación. En el otherhand, si electrón y un positrón tienen espines paralelos, el positronium será de spin-estado triplete con intrínseco de la vida de 142ns y aniquila en tres fotones modo en el vacío. Sin embargo, en presencia de material, la positronium ha probabilidad finita para el intercambio de sus propios electrones con el opuesto-spin de electrones desde el entorno, como resultado, el triplete-positronium puede desintegrarse en un singlete-modo (dos-fotón) más rápido que 142 ns. Este modo de aniquilación se llama pick-off de la caries, lo que demuestra su importancia en la appliaction en el cálculo de la nula tamaño y en cualquier material poroso.