Language
Country/Area
No result found
Đối thủ phản vật chất của Electron: Positron được phát hiện như thế nào?
Trong thế giới hấp dẫn của vật lý lượng tử, positron, hạt phản vật chất mang điện tích dương, là hạt đối lập với electron. Kể từ khi phát hiện ra positron đầu tiên vào năm 1932, khám phá quan trọng này không chỉ mở ra một chương hoàn toàn mới trong vật lý hạt mà còn có ý nghĩa sâu sắc đối với sự hiểu biết của chúng ta về thành phần của vũ trụ.
Nguồn gốc của lý thuyết
Cơ sở lý thuyết của positron có thể bắt nguồn từ phương trình Dirac do Paul Dirac đề xuất vào năm 1928. Phương trình này kết hợp cơ học lượng tử với thuyết tương đối và khái niệm spin electron, đồng thời giải thích hiệu ứng Zemann. Mặc dù bài báo của Dirac không dự đoán rõ ràng về một hạt mới, nhưng cách bố trí đã đưa ra khả năng có hai giải pháp cho electron có năng lượng dương và âm.
Dirac đã phát biểu trong bài báo tiếp theo của mình: "...một electron có năng lượng âm chuyển động trong một trường điện từ bên ngoài như thể nó mang điện tích dương."
Mô hình của Dirac đã gây ra cuộc tranh luận với các học giả như Constantin Oppenheimer, người phản đối giả định rằng proton là một electron năng lượng âm. Năm 1931, Dirac đã sáng tạo khi dự đoán một hạt chưa được phát hiện, "phản electron", sau này chúng ta gọi là positron. Theo thời gian, nhiều nhà vật lý đã đề xuất các lý thuyết coi positron là các electron di chuyển theo chiều ngược lại, và các lý thuyết này cuối cùng đã được chấp nhận rộng rãi.
Những manh mối và khám phá thực nghiệm
Trong những ngày đầu của quá trình khám phá positron, một số nhà nghiên cứu tuyên bố rằng Dmitri Skobelts là người đầu tiên phát hiện ra positron thông qua quá trình quan sát cẩn thận. Mặc dù kết quả thực nghiệm năm 1913 cho thấy có các hạt uốn cong theo hướng ngược nhau trong từ trường, bản thân ông vẫn hoài nghi về phát hiện ra positron tại một hội nghị năm 1928.
Skobelts nhấn mạnh rằng những tuyên bố ban đầu này "hoàn toàn vô nghĩa".
Phát hiện thực sự về positron cuối cùng đã được Carl David Anderson xác nhận vào năm 1932 khi đang tiến hành nghiên cứu về tia vũ trụ. Ông đã sử dụng các đặc điểm của từ trường để phân tích sâu hơn các tia vũ trụ và xác định thành công sự tồn tại của positron. Anderson đã giành giải Nobel Vật lý năm 1936 vì thành tựu này. Điều đáng chú ý là Anderson không phải là người sáng tạo ra thuật ngữ "positron" mà chấp nhận gợi ý của các biên tập viên tạp chí Physical Review.
Xảy ra tự nhiên và quan sát
Positron được tạo ra tự nhiên trong quá trình phân rã phóng xạ như phân rã beta+ và từ sự tương tác của tia gamma với vật chất. Positron và neutrino được tạo ra tự nhiên trong quá trình phân rã của một số nguyên tử nặng, chẳng hạn như kali-40. Theo một nghiên cứu năm 2011 của Hiệp hội Thiên văn học Hoa Kỳ, positron cũng được quan sát thấy trong các tia gamma lóe lên từ các đám mây giông.
Tạo ra nhân tạo và ứng dụng
Ngày nay, các nhà vật lý đã thiết lập nhiều phương pháp khác nhau để sản xuất positron nhân tạo. Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Liverpool ở California đã sử dụng tia laser cực mạnh để chiếu xạ các mục tiêu kim loại, tạo ra hơn 10 tỷ positron. Ngoài ra, Tổ chức Nghiên cứu Hạt nhân Châu Âu (CERN) và Đại học Oxford cũng đã chứng minh rằng họ đã sản xuất thành công hàng chục nghìn tỷ cặp electron-positron trong các thí nghiệm.
Những thí nghiệm tiếp theo này không chỉ giúp chúng ta hiểu được các hiện tượng vật lý trong môi trường thiên văn khắc nghiệt mà còn thúc đẩy việc khám phá sâu hơn về nghiên cứu phản vật chất.
Trong số các công nghệ hình ảnh y tế hiện nay, các kỹ thuật như chụp cắt lớp phát xạ positron (PET) được sử dụng rộng rãi để chẩn đoán khối u và quan sát quá trình hấp thụ nhiên liệu của các bệnh lý bên trong. Cho dù trong vật lý cơ bản hay khoa học ứng dụng, việc phát hiện ra positron đánh dấu một bước tiến nhỏ nhưng quan trọng trong quá trình hiểu biết của nhân loại về thế giới hạt.
Với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, ứng dụng và nghiên cứu về positron vẫn đang tiếp tục được đào sâu. Liệu nó có mang lại nhiều sự lật đổ và khai sáng hơn cho quan điểm của chúng ta về vũ trụ trong tương lai không?
