İçeriğe atla

Elektron-pozitron annihilasyonu

Beta artı bozunumunun bir sonucu olarak doğal olarak oluşan elektron-pozitron anhilasyonu

Elektron-pozitron anhilasyonu, bir elektron (
e-
) ve bir pozitron (
e+
, elektronun antiparçacığı ) çarpıştığı zaman oluşur. Düşük enerjilerde, çarpışmanın sonucu elektron ve pozitronun anhilasyonu (imhası) ve gama ışını fotonlarının oluşmasıdır:


e-
   +  
e+
 →  
γ
 +  
γ

Yüksek enerjilerde, B mezonları veya W ve Z bozonları gibi başka parçacıklar oluşturulabilir. Tüm süreçler, aşağıdaki bir dizi koruma kanununu sağlamalıdır:

  • Elektrik yükünün korunumu; Önce ve sonraki net yük sıfırdır.
  • Doğrusal momentum ve toplam enerjinin korunumu; Bu, tek bir gama ışınının oluşturulmasını yasaklar. Bununla birlikte, kuantum alan teorisinde bu işleme izin verilir.
  • Açısal momentumun korunumu .
  • Toplam lepton sayısının korunumu; Bu, leptonların (örneğin elektronların) sayısından antileptonların (örneğin, pozitronların) sayısının çıkartılmış halidir ve (net) maddenin korunması yasasının olarak tanımlanabilir.

Herhangi iki yüklü nesnede olduğu gibi, elektronlar ve pozitronlar genel olarak esnek saçılma yoluyla yok edilmeden birbirleriyle etkileşime girebilir.

Düşük enerjili durum

Nihai durum için çok sınırlı sayıda olasılık vardır. En muhtemel olasılık iki veya daha fazla gama ışını fotonunun oluşturulmasıdır. Enerjinin korunumu ve doğrusal momentum sadece bir fotonun oluşturulmasını yasaklar. (Bu kuralın bir istisnası, sıkıca bağlı atomik elektronlar için ortaya çıkabilir.)[1] En yaygın durumda, her biri elektronun veya pozitronun geri kalan enerjisine eşit enerjiye sahip iki foton oluşturulur (60.511   MeV).[2] Uygun bir referans çerçevesi, sistemin imhadan önce net doğrusal momentuma sahip olmamasıdır; çünkü böylelikle çarpışmadan sonra gama ışınları zıt yönlerde yayılır. Üçü için de yaygındır, çünkü bazı açısal momentum hallerinde, bunun şarj paritesini korumak için gerekli olması gerekir.[3] Daha fazla sayıda foton oluşturmak da mümkündür, ancak her ek foton ile olasılık daha düşük hale gelir, çünkü bu daha karmaşık süreçler daha düşük olasılık genliğine sahiptir .

Nötrinolar elektronlardan daha küçük bir kütleye sahip olduklarından, anhilasyonun bir veya daha fazla nötrino-antinötrino çifti üretmesi de mümkündür, ancak bu son derece düşük bir olasılıktır. Bu tür bir işlem için olasılık, fotonların yok edilmesinden 10000 kat daha az muhtemeldir. Aynı durum, elektronlarla en az bir temel etkileşimi paylaştığı ve onu yasaklayan koruma yasaları olmadığı sürece, elektronlardan hafif olan diğer parçacıklar için de geçerli olacaktır. Bununla birlikte, bu tür başka hiçbir parçacık bilinmemektedir.

Yüksek enerjili durum

Eğer elektron veya pozitron ya da her ikisi de, kayda değer kinetik enerjilere sahipse, göreceli hızlarda bu parçacıkların geri kalan enerjilerini sağlamak için yeterli kinetik enerji olduğundan, diğer ağır parçacıklar da üretilebilir (örneğin D mezonları veya B mezonları). Alternatif olarak, fotonlar ve diğer ışık parçacıkları üretmek de mümkündür, ancak bunlar daha yüksek kinetik enerjiler ile ortaya çıkacaktır.

Parçacık hızlandırıcılarında şu ana kadar elektron-pozitron anhilasyonu ile üretilen en ağır parçacık çiftleri
W+
 -
W-
 çiftleridir (kütle 80.385 GeV / c 2 × 2). En ağır tek yüklü parçacık ise Z bozonudur. (kütle 91,188 GeV / C2).

Pratik kullanımlar

Pozitron emisyon tomografisi (PET) ve pozitron anhilasyon spektroskopisi (PAS), elektron - pozitron anhilasyonu temeline dayanan yöntemlerdir. Ayrıca metallerdeki Fermi yüzeyinin ve bant yapısının, Elektron Pozitron Anhilasyonu Radyasyonunun Açısal Korelasyonu adı verilen bir teknikle ölçülmesinde kullanılır. Aynı zamanda pozitron anhilasyon spektroskopisi, metallerde ve yarı iletkenlerde kristalografik kusurların çalışılmasında kullanılır ve boşluk tipi kusurlar için tek doğrudan inceleme metodu olarak kabul edilir.[4]

Ters reaksiyon

Elektron-pozitron anhilasyonunun ters reaksiyonu olan elektron - pozitron oluşturma, iki foton fiziği tarafından kontrol edilen bir çift üretim şeklidir.

Ayrıca bakınız

Kaynakça

  1. ^ L. Sodickson; W. Bowman; J. Stephenson; R. Weinstein (1970). "Single-Quantum Annihilation of Positrons". Physical Review. Cilt 124. s. 1851. Bibcode:1961PhRv..124.1851S. doi:10.1103/PhysRev.124.1851. 
  2. ^ W.B. Atwood, P.F. Michelson, S.Ritz (2008). "Una Ventana Abierta a los Confines del Universo". Investigación y Ciencia (İspanyolca). Cilt 377. ss. 24-31. 
  3. ^ D.J. Griffiths (1987). Introduction to Elementary Particles. Wiley. ISBN 0-471-60386-4. 
  4. ^ F. Tuomisto and I. Makkonen (2013). "Defect identification in semiconductors with positron annihilation: Experiment and theory". Reviews of Modern Physics. Cilt 85. ss. 1583-1631. Bibcode:2013RvMP...85.1583T. doi:10.1103/RevModPhys.85.1583. 

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Elektron</span> Temel elektrik yüküne sahip atomaltı parçacık

Elektron, eksi bir temel elektrik yüküne sahip bir atomaltı parçacıktır. Lepton parçacık ailesinin ilk nesline aittir ve bileşenleri ya da bilinen bir alt yapıları olmadığından genellikle temel parçacıklar olarak düşünülürler. Kütleleri, protonların yaklaşık olarak 1/1836'sı kadardır. Kuantum mekaniği özellikleri arasında, indirgenmiş Planck sabiti (ħ) biriminde ifade edilen, yarım tam sayı değerinde içsel bir açısal momentum (spin) vardır. Fermiyon olmasından ötürü, Pauli dışarlama ilkesi gereğince iki elektron aynı kuantum durumunda bulunamaz. Temel parçacıkların tamamı gibi hem parçacık hem dalga özelliklerini gösterir ve bu sayede diğer parçacıklarla çarpışabilir ya da kırınabilirler.

Fotoelektrik etki ya da fotoemisyon, ışık bir maddeyi aydınlattığında elektronların ya da diğer serbest taşıyıcıların ortaya çıkmasıdır. Bu bağlamda ortaya çıkan elektronlar, fotoelektronlar olarak adlandırılır. Bu olay genellikle elektronik fiziğinde hatta kuantum kimyası ya da elektrokimya gibi alanlarda çalışılır.

<span class="mw-page-title-main">Parçacık fiziği</span>

Parçacık fiziği, maddeyi ve ışınımı oluşturan parçacıkların doğasını araştıran bir fizik dalıdır. Parçacık kelimesi birçok küçük nesneyi andırsa da, parçacık fiziği genellikle gözlemlenebilen, indirgenemez en küçük parçacıkları ve onların davranışlarını anlamak için gerekli temel etkileşimleri araştırır. Şu anki anlayışımıza göre bu temel parçacıklar, onların etkileşimlerini de açıklayan kuantum alanlarının uyarımlarıdırlar. Günümüzde, bu temel parçacıkları ve alanları dinamikleriyle birlikte açıklayan en etkin teori Standart Model olarak adlandırılmaktadır. Bu yüzden günümüz parçacık fiziği genellikle Standart Modeli ve onun olası uzantılarını inceler.

<span class="mw-page-title-main">Atomaltı parçacık</span> Atomdan küçük, atomu da oluşturan maddeler.

Atomdan küçük, atomu da oluşturan maddeler. En çok bilinenleri, alt parçacıklardan (kuarklardan) oluşan proton ve nötron; lepton olan elektrondur. Yapısı tamamen keşfedilmemiş atomaltı parçacıklara örnek olarak foton (ışık), bozon, mezon, fermiyon, baryon ve graviton verilebilir.

<span class="mw-page-title-main">Parçacık hızlandırıcı</span>

Parçacık hızlandırıcı, yüklü parçacıkları yüksek hızlara çıkarmak ve demet halinde bir arada tutmak için elektromanyetik alanları kullanan araçların genel adıdır. Büyük hızlandırıcılar parçacık fiziğinde çarpıştırıcılar olarak bilinirler. Diğer tip parçacık hızlandırıcılar, kanser hastalıklarında parçacık tedavisi, yoğun madde fiziği çalışmalarında senkrotron ışık kaynağı olmaları gibi birçok farklı uygulamalarda kullanılır. Şu an dünya çapında faaliyette olan 30.000'den fazla hızlandırıcı bulunmaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Mezon</span>

Mezonlar, güçlü etkileşim ile bağlı bir kuark ve bir antikuarktan oluşan hadronik atomaltı parçacıklardır. Atomaltı parçacıklardan oluştuklarından mezonlar, kabaca bir femtometre kadarlık bir yarıçaplı fiziksel bir boyuta sahiptirler. Bütün mezonlar kararsızdırlar ve en uzun ömürlüsü mikrosaniyenin altında bir ömre sahiptir. Yüklü mezonların bozunmasıyla elektron ve nötrino oluşur. Yüksüz mezonların bozunmasıyla da fotonlar oluşur.

Tau; tau leptonu, tau parçacığı veya tauon olarak adlandırılır. Tau negatif yüklü, elektron benzeri bir temel parçacıktır. Yarım spinlidir. Elektron, müon ve üç nötrinolara birlikte tau lepton kategorisindedir. Tau da tüm parçacıklar gibi, bir antimadde karşılığına sahiptir; Tau'nun bu durumuna "antitau" denir..

Lepton, temel parçacıklardan birisidir ve maddenin yapı taşıdır. En çok bilinen lepton, atomda bulunarak atomun kimyasal özelliklerini belirleyerek neredeyse tüm kimyayı oluşturan elektrondur. İki temel lepton sınıfı vardır: yüklü leptonlar ve nötr leptonlar. Yüklü leptonlar diğer parçacıklarla birleşerek atom ya da pozitronyum gibi bileşik parçacıklar meydana getirirken nötrinolar diğer parçacıklarla etkileşime girmezler ve bu sebepten algılanmaları çok zordur.

'Müon, elektron benzeri-1 e yük ve 1/2 spinli ancak daha yüksek kütleye sahip bir temel parçacık. Müon parçacığı, lepton olarak sınıflandırılmıştır. Diğer leptonlar gibi, Müonun da daha küçük parçacıklara indirgenemeyen bir parçacık olduğu düşünülmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Nötrino</span> atom altı ya da temel parçacıklardan biri

Nötrino, ışık hızına yakın hıza sahip olan, elektriksel yükü sıfır olan ve maddelerin içinden neredeyse hiç etkileşmeden geçebilen temel parçacıklardandır. Bu özellikleri nötrinoların algılanmasını oldukça zorlaştırmaktadır. Nötrinoların çok küçük, ancak sıfır olmayan durgun kütleleri vardır. Yunan alfabesindeki ν (nü) ile gösterilir.

<span class="mw-page-title-main">Enerjinin korunumu</span>

Enerjinin korunumu yasası, yalıtılmış bir sistemdeki toplam enerjinin değişmeyeceğini söyler. Enerji ne yok edilebilir ne de yoktan var edilebilir, ama enerji türü değişebilir; örneğin, dinamitin patlamasıyla kimyasal enerji kinetik enerjiye dönüşebilir.

Parçacık fiziğinde şu anda bilinen ve kuramsal olan temel parçacıkları ve bu parçacıklarla oluşturulabilen bileşik parçacıkları içeren listedir.

<span class="mw-page-title-main">Pion</span>

Parçacık fiziğinde pion π0, π+ ve π−'den oluşan üç atom atomaltı parçacığın ortak adıdır. Pionlar en hafif mezonlardır ve güçlü nükleer kuvvetin düşük enerjili durumlarını açıklamakta önemli bir rolü vardır.

<span class="mw-page-title-main">Temel parçacık</span> Başka parçacıklardan oluştuğu bilinmeyen parçacıklar.

Temel parçacıklar, bilinen hiçbir alt yapısı olmayan parçacıklardır. Bu parçacıklar evreni oluşturan maddelerin temel yapıtaşıdır. Standart Model'de kuarklar, leptonlar ve ayar bozonları temel taneciklerdir.

Kuramsal fizikte, parçacıksız fizik, parçacık fiziğindeki Standart Model ile açıklanamayan ve bileşenleri ölçeklere göre değişmeyen varsayımsal maddelerin olduğu şüpheli bir kuramdır, Howard Georgi bu kuramını Parçacıksız Fizik ve Parçacıksız Fizik Hakkındaki Diğer Gariplikler makalesi ile 2007'de ortaya atmıştır. Makalelerini, görüngübilimini, parçacıksız fiziğin özelliklerini ve parçacık fiziği, astrofizik, kozmoloji, CP bozması, lepton bozması, müon bozunması, nötrino salınımı ve süpersimetriyi de araştırmasıyla birlikte düzenli olarak yayınlamıştır.

<span class="mw-page-title-main">Durgun kütle</span>

Değişmez kütle, durgun kütle, gerçek kütle, tam kütle ya da sınır sistemleri durumunda basitce kütle, bir objenin veya Lorentz dönüşümlerine göre tüm referans çerçevelerinde aynı olan objelerin sisteminin toplam enerji ve momentum karakteridir. Eğer momentum çerçevesinin bir merkezi sistemde oluşuyorsa, sistemin değişmez kütlesi toplam enerjinin ışık hızının karesine bölümüyle bulunur. Diğer referans çerçevelerinde, sistemin enerjisi artar yalnız sistemin momentumu bundan çıkarılmıştır, yani değişmez kütle aynı kalır.

İki foton fiziği, genellikle gama-gama fiziği olarak bilinir, parçacık fiziğinin bir dalıdır ve iki foton arasındaki etkileşimi açıklar.

Fizikte sanal parçacık, sıradan parçacıkların özelliklerini sergileyen fakat sınırlı bir süreliğine var olan geçici dalgalanma olarak tanımlanır. Sanal parçacık kavramı sıradan parçacıklar arasındaki etkileşimi sanal parçacıklar arasındaki değiş tokuş olarak tanımlayan kuantum alan teorisinin Pertürbasyon teorisi kısmında ortaya çıkar. Sanal parçacıkları içeren herhangi bir süreç sanal parçacıkları iç çizgilerle temsil eden ve Feynman diyagramı olarak bilinen şematik tasarımı doğrular.

Çift üretimi nötral bozondantemel parçacıkların ve bu parçacıkların antiparçacıklarının oluşması.Bir elektron ve bir pozitron oluşturmak için, bir müon ve bir antimüon veya bir proton ve bir antiprotonun oluşması örenkler arasındadır. Çift üretimi genellikle özellikle bir fotonun bir elektro-pozitron çiftinin bir çekirdeğe yakın bir konumda oluması anlamında kullanılır. Çift oluşumunun gerçekleşmesi için parçacıkların etkileşim enerjisinin her iki parçacığındinlenme kütle enerjisinden, yani eşik enerjisi, yüksek olması ve durumun hem enerji hem de momentum korunumuna müsaade etmesi gerekmektedir. Fakat, üretilmiş parçacıkların bütün korunmuş kuantum sayıları sıfıra eşit olmak zorundadır. Böylece oluşmuş parçacıklar birbirlerinin ters değerlerine sahip olmaları kuralına uymuş olurlar. Farzı misal, eğer bir parçacık +1 yüküne sahipse diğer parçacık −1 yüküne sahip olmalı veya eğer bir parçacık +1 garipliğe sahipse diğer −1 garipliğe sahip olmalıdır.

<span class="mw-page-title-main">Annihilasyon</span> Parçacık fiziğinde bir elektron çarpışması olayı

Annihilasyon veya yok olma, parçacık fiziğinde, bir atomaltı parçacık ve ilgili antiparçacığı çarpıştığında başka parçacıklar üretme işlemine, örneğin bir elektron ile çarpışan bir pozitronun iki foton üretmesine, verilen addır. İlk çiftin toplam enerjisi ve momentumu annihilasyon işleminde korunur ve oluşan yeni parçacıklar arasında dağıtılır. Antiparçacıklar, parçacıkların tam tersi ilave kuantum sayılarına sahiptir, bu nedenle çarpışacak çiftin tüm kuantum sayılarının toplamı sıfırdır. Bu nedenle enerjinin ve momentumun korunmu yasalarına uyulduğu takdirde, toplam kuantum sayıları sıfır olan herhangi bir parçacık dizisi üretilebilir.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.