پوزیترون

اولین نشانه‌های وجود پوزیترون یعنی ذره سبکی که تنها اختلاف آن با ‏الکترون در علامت بار می باشد.

در مطالب قبل تا حدودی با تعریف مختصری از پوزیترون آشنا شده اید، اکنون به طور کامل تر برای شما شرح خواهم داد.
در سال 1932 به کمک اتاقک ابر ویلسون بدست آمد. در اتاقک ابر ویلسون ، واقع در میدان مغناطیسی ، رد باریکی که ‏بطور آشکار مربوط به یک ذره تک‌بار و خیلی سبک همانند الکترون بود، ‏مشاهده شد. اما در جهتی متناظر با بار مثبت منحرف می شد.
بعدها ثابت شد که فرایند عمده برای تشکیل پوزیتون‌ها ، عبارتند از پرتوزایی ‏مصنوعی و اندرکنش کوانتوم های گامای پر از انرژی آنها با هسته های اتمی. 
یکی از این فرایندها را می توان با قرار دادن اتاقک ابر ویلسون در میدان مغناطیسی و تاباندن باریکه نازک تابش γ بر آن بررسی کرد.
ذره باردار متحرک در گاز با یونیدن اتم های گاز انرژی از دست می دهد و در نتیجه پیوسته از سرعتش کاسته می شود. اما، هرچه سرعت ذره پایین تر باشد در میدان مغناطیسی مسیرش خمیده تر می شود.

آزمون کامل این رد آشکار می کند که خمیدگی هر شاخه آن با افزایش فاصله از پیچیدگی رد تیزتر می شود. این پدیده به این معنی است که ما با ردهایی از جفت ذره سر و کار داریم که از یک نقطه خارج می شوند، نه رد خم شده یک ذره تنها. با داوری از روی درجه یونش، هر دو رد به رد الکترون ها می مانند. آنها در میدان مغناطیسی در جهت های مخالف خم شده اند، یعنی به ذره هایی با بار مخالف تعلق دارند. اطلاعاتی که قبلا داده شده اند اجازه می دهند نتیجه بگیریم که یکی از ذره ها الکترون و دیگری پوزیترون می باشد. 
بنابراین کوانتوم های γ که از درون ماده می گذرند (گاز در اتاقک ابر ویلسون) به جای ذره واحد جفت الکترون و پوزیترون تشکیل می دهند. این پدیده به تشکیل جفت های الکترون و پوزیترون معروف شده است. 

نظریه نشان می دهد که در نتیجه اندکنش کوانتوم γ با میدان الکتریکی هسته اتمی ماده این جفت تشکیل می شود. در این فرایند، کوانتوم γ با میدان الکتریکی هسته اتمی ماده این جفت تشکیل می شود. در این فرایند، کوانتوم γ به جفت الکترون و پوزیترون تبدیل می شود و هسته بدون تغییر باقی می ماند. 
با استفاده از مواد پرتوزا به عنوان چشمه های غنی پوزیترون، مطالعه جزئیات خواص این مواد ممکن شده است. به ویژه ثابت شده است که جرم پوزیترون دقیقا با جرم الکترون برابر، یعنی حدود 1/2000جرم پروتون است . 
فرایند عکس تشکیل جفت الکترون و پوزیترون نیز کشف شده است. معلوم شده است که با نزدیک تر کردن الکترون و پوزیترون تا فاصله های کوتاه بر اثر نیروهای جاذبه الکتروستاتیکی ممکن است دو کوانتوم γ تشکیل و در جهت های مخالف از یکدیگر دور شوند. (شکل 1)

شکل 1: ترکیب الکترون و پوزیترون که کوانتوم γ به وجود می آورد. الف: الکترون و پوزیترون یکدیگر را جذب می کنند. ب: در نتیجه برخورد الکترون و پوزیترون به کوانتوم های γ تبدیل می شوند.

فرایند ترکیب الکترون و پوزیترون همراه با تبدیل آنها به کوانتوم های γ را نابودی (Annihilation (= نابودی) اما واژه خیلی مناسبی نیست زیرا از کلمه لاتین nihil به معنای هیچ چیز ساخته شده است.) نامیده اند.

تشکیل جفت های الکترون و پوزیترون از کوانتوم های γ و ترکیب الکترون ها با پوزیترون ها که به تشکیل دو کوانتوم γ منجر می شود اساسا فرایند جدیدی است که در آن تبدیل متقابل تابش میدان الکترومغناطیسی (کوانتوم های γ) و درات ماده (الکترون و پوزیترون) صورت می گیرد. 

خواص ذرات از جنبه های زیادی با خواص میدان الکترو مغناطیسی (نور) فرق دارد. عمده ترین اختلاف این است که همه اجسام پیرامون ما از ذرات ساخته شده اند. ممکن است به نظر رسد که فقط نور است که عمل انتقال انرژی از بعضی اجسام به بعضی دیگر را انجام می دهد. به این دلیل، حتی در آغاز سده 20 بر این باور بودند که نور (میدان الکترومغناطیسی) و ماده را سد غیر قابل گذری از یکدیگر جدا کرده است. بعدا خواص ذره ای نور کشف شد و معلوم شد که نور خواص شارش ذرات (فوتون ها) را با خواص موجی همراه دارد. از طرف دیگر خواص موجی که قبلاً فقط به نور اختصاص می‌دادند و یکی از خصایص متمایز آن می‌شمردند، در ذرات ماده نیزکشف شد.

این اکتشافات روی شکاف میان مفاهیم نور و ماده پل زد. مهمتر از این، بعد از کشف تبدیل های متقابل نور و درات ماده روشن شد که یگانگی خیلی ریشه داری میان نور و ماده وجود دارد: ذرات ماده و فوتون ها دو شکل مختلف ماده اند. فوتون خصایص مشترک زیادی با ذرات دیگر از خود به نمایش می گذارد ولی ویژگی مهمی دارد و آن این است که جرم در حال سکون آن برابر صفر می باشد. فوتون همیشه با سرعت نور حرکت می کند. هرگاه ناگزیر به توقف شود (نظیر موقع جذب) دیگر نوری وجود نخواهد داشت. 

منبع: http://daneshnameh.roshd.ir
مرکز یادگیری سایت تبیان، مرجان سلیمانیان