Language
Country/Area
No result found
Антиметерия — противник электрона: как был открыт позитрон?
В чудесном мире квантовой физики позитроны, частицы антивещества с положительным зарядом, являются противоположностью электронов. С тех пор как в 1932 году был открыт первый позитрон, это важное открытие не только открыло новую главу в физике элементарных частиц, но и оказало глубокое влияние на наше понимание состава Вселенной.
Происхождение теории
Теоретические основы позитронов можно проследить до уравнения Дирака, предложенного Полем Дираком в 1928 году. Это уравнение объединяет квантовую механику с теорией относительности и концепцией спина электрона и объясняет эффект Земана. Хотя в статье Дирака не было явного предсказания новых частиц, эта схема предполагала возможность существования электронов как с положительной, так и с отрицательной энергией.
В последующей статье Дирак объяснил: «...электрон с отрицательной энергией движется во внешнем электромагнитном поле так, как если бы он имел положительный заряд».
Модель Дирака вызвала дебаты среди таких ученых, как Константин Оппенгеймер, которые выступали против предположения, что протоны действуют как электроны с отрицательной энергией. В 1931 году Дирак творчески предсказал еще не открытую частицу, «антиэлектрон», которую мы позже назвали позитроном. Со временем несколько физиков предложили теории, рассматривавшие позитроны как электроны в обратном времени, и эти теории в конечном итоге получили широкое признание.
Экспериментальные подсказки и открытия
На заре исследования позитронов некоторые учёные утверждали, что Дмитрий Скобельц первым открыл позитрон благодаря своим тщательным наблюдениям. Хотя результаты экспериментов 1913 года показали, что частицы в магнитном поле изгибаются в противоположные стороны, сам он скептически отнесся к открытию позитронов на встрече 1928 года.
Скобельц подчеркнул, что эти ранние заявления были «не чем иным, как чистой чепухой».
В конечном итоге фактическое открытие позитрона было подтверждено в 1932 году Карлом Дэвидом Андерсоном во время проведения исследований космических лучей. Он использовал характеристики магнитных полей для дальнейшего анализа космических лучей и успешно определил существование позитронов. Андерсон получил Нобелевскую премию по физике в 1936 году. Стоит отметить, что Андерсон не придумал термин «позитрон», а принял предложение редактора Physical Review.
Естественные явления и наблюдения
Естественная генерация позитронов обычно происходит в ходе процессов радиоактивного распада, например бета+-распада, и при взаимодействии гамма-лучей с веществом. Позитроны и нейтрино естественным образом образуются при распаде некоторых тяжелых атомов, таких как калий-40. Согласно исследованию Американского астрономического общества, проведенному в 2011 году, позитроны также наблюдались в гамма-вспышках грозовых облаков.
Искусственное создание и применение
Сегодня физики разработали различные методы искусственного получения позитронов. Национальная лаборатория Лоуренса-Ливерпуля в Калифорнии использует сверхмощные лазеры для облучения металлических целей с целью генерации более 10 миллиардов позитронов. Кроме того, сотрудничество ЦЕРН и Оксфордского университета также продемонстрировало успешное создание десятков триллионов электрон-позитронных пар в экспериментах.
Эти дальнейшие эксперименты не только помогают нам понять физические явления в экстремальных астрономических условиях, но и способствуют дальнейшему изучению антиматерии.
Среди современных технологий медицинской визуализации такие технологии, как позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ), широко используются для диагностики опухолей и наблюдения за поглощением энергии внутренними заболеваниями. Будь то фундаментальная физика или прикладная наука, открытие позитрона знаменует собой небольшой, но значительный шаг в понимании человеком мира частиц.
С развитием науки и техники применение и исследование позитронов продолжает углубляться. Принесет ли это еще больше изменений и просветления в наши взгляды на Вселенную в будущем?
