بوزيترون

البوزيترون Positron جُسيم أولي لا يدخل في تكوين المادة العادية ولا يوجد حرا طليقا، ولا في نواة الذرة والنيوترون، ويعتبر الجسيم المُضاد للإلكترون أونقيض الإلكترون. وهويتطابق مع الإلكترون في الصفات والخصائص الفيزيائية كافةً، فيما عدا الشحنة الكهربائية؛ إذ يحمل البوزيترون شحنة كهربائية موجبة مساوية لشحنة الإلكترون، ولكن على عكس الإلكترون الذي يحمل شحنة كهربائية سالبة. طالما اصطدام البوزيترون بالإلكترون يحدث ما يعهد بإبادة إلكترون-بوزيترون أي يتحولان إلي شعاعين من أشعة غاما. أي يتحولان إلى طاقة ويظهران على هيئة موجتين كهرومغناطيسيتين لهما نفس التردد. والبوزيترون هواختصار لحدثة (Positive Electron)

تاريخ

النظرية

في عام 1928 قام بول ديراك (بالإنجليزي: بول ديراك) بنشر نظريته الممثلة في معادلة ديراك التي تجمع بين ميكانيكا الكم والنظرية النسبية الخاصة. من نتائج تلك النظرية حتى اللأكترون يمكن حتى تكون شحنته موجبة، أي أيا من الشحنتين الموجبة أوالسالبة. أدت هذه النتيجة إلى مفهوم حديث للجسيمات الأولية ولدوران الالكترون في تفسير مفعول زيمان. هذا الاقتراح لم يكن يتضمن وجود جسيم ولكن جاز للإلكترون احتمالية امتلاك شحنة سالبة أوموجبة كحل للمعادلة. لم تسمح ميكانيكا الكم لحل يتجاهل طاقة سالبة كما كانت تعمل النظرية الكلاسيكية أحيانا في حل معادلاتها. الحل المزدوج لمعادلة ديراك تتضمن احتمالية انتنطق الإلكترون تلقائيا بين الحالة الموجبة والسالبة. مع ذلك لم يلاحظ تجريبيا اي انتنطق من هذا القبيل. ولكن بالتجارب ثبت وجود البوزيترون خلال بعض تفاعلات الجسيمات الأولية.

الأدلة التجريبية والاكتشافات

أول من لاحظ بوزترون هودیمیتری اسکوبلتسین في عام 1929 عندما كان يستعمل غرفة ويلسون السحابية في محاولة كشف أشعة جاما في الاشعة الكونية . ديمتري اكتشف جسيمات تتصرف مثل الإلكترون ولكنها تنحني في اتجاه مسارها في الاتجاه المعاكس لانحناء مسار الإلكترون في مجال مغناطيسي خارجي.

كذلك في عام 1929، تشونغ ياوتشاوالمتخرج من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، لاحظ بعض النتائج الغريبة حيث احتوت على جسيمات تتصرف مثل الإلكترون ولكن تحمل شحنة موجبة.

كارل اندرسون، اكتشف بوزيترون في 2 من اغسطس في عام 1932 الذي فاز بجائزة نوبل للفيزياء في عام 1936. اندرسون صاغ المصطلح بوزيترون. بوزيترون هي الدليل الاولى للمادة المضادة. خط اندرسون استذكار يقول فيه حتى بوزيترون تم اكتشافه مسبقا اعتمادا على أعمال تشونغ ياوتشاو.

اضمحلال β+ (انبعاث البوزترون)

نواة الذرة غير المستقرة والبروتونات الزائدة فيها تؤدي إلى حدوث اضمحلال بيتا β+ ، ويسمى بالاضمحلال البوزتروني. هذا التحلل هوعملية تحول بروتون إلى نيوترون في بعض النظائر المشعة وينتج خلالها البوزترون ونيوترينو:

p → n + e⁺+ ν _e

تحلل β+ يحدث داخل النواة فقط عندما تكون طاقة الارتباط في النواة الوليدة أقل من طاقة الارتباط في النواة الأم، أي تصبح النواة في مستوي طاقة أقل.

انتاجه

الابحاث الجديدة زادت بشكل كبير من كميات البوزيترونات التي ينتجها الفيزيائيون. وقد استخدم الفيزيائيون في مختبر لورانس ليفرمور الوطني في كاليفورنيا ليزر فائق كثيف وصوبوا أشعته على شريحة من المضى سمكها مليمتر واحد فأنتجت أكثر من 100 مليون بوزيترون.

تطبيقاته

يمكن بواسطة بعض معجلات الجسيمات إجراء تجارب بإستخدام البوزيترونات والإلكترونات التي تصل سرعاتها إلى سرعات قريبة من سرعة الضوء في الفراغ. فعند اصطدام تلك الجسيمات السريعة وفناء المادة/ ووالمادة المضادة تنشأ جسيمات جديدة من مختلف الجسيمات تحت الذرية . ويدرس الفزيائيون تلك الجسيمات الجديدة الناتجة من عمليات إفناء الجسيمات ، وقد يكتشفوا بذلك جسيمات جديدة غير معروفة، كما يفهم الفزيائيون تلك التصادمات شديدة الطاقة ويقارنوا نتائجها بالنظريات الحسابية المتعلقة بها.

أشعة جاما الصادرة بطريقة غير مباشرة من عنصر مشع ينتج بوزيترونات يمكن الكشف عنها في تصوير مبتري بالإصدار البوزيتروني positron emission tomography (PET) وتستخدم في بعض المستشفيات للتشخيص الطبي. التصوير بالـ PET ينتج صورا مجسمة للعمليات البيولوجية التي تتم في جسم الإنسان. كما يمكن بواسطة مطياف إفناء البوزيترون positron annihilation spectroscopy فحص خواص المادة بغرض استكشاف تغير الكثافة ، والتغيرات البلورية والثغرات ، والإزاحة في المادة الصلبة.

المصادر

^ The fractional version’s denominator is the inverse of the decimal value (along with its relative standard uncertainty of 4.2×10⁻¹⁰).

↑ The original source for CODATA is:

Mohr, P.J.; Taylor, B.N.; Newell, D.B. (2006). "CODATA recommended values of the fundamental physical constants". Reviews of Modern Physics. 80: 633–730. doi:10.1103/RevModPhys.80.633.
Individual physical constants from the CODATA are available at:

"The NIST Reference on Constants, Units and Uncertainty". المعهد الوطني للمعايير والتقنية. مؤرشف من الأصل في 14 أكتوبر 2013. اطلع عليه بتاريخ 15 يناير 2009.
^ Phelps, M. E. (2006). PET: physics, instrumentation, and scanners. Springer. صفحات 2–3. ISBN .
^ "Introduction to Positron Research". St. Olaf College. مؤرشف من الأصل في 18 مايو2013.