Positronio

Archiu:Positronium.svg

Un electró i un positrón orbitando al voltant del seu centre de masses comuna. És un estat lligat a la mecànica quàntica conegut com positronio.

El positronio (Ps) és un sistema cuasiestable format per un electró i el seu antipartícula, el positrón, units formant un àtom exòtic. L'òrbita d'abdós partícules i els nivells energètics són similars als de l'àtom d'hidrogen (format per un protón i un electró). Pero per la diferent massa reduïda del sistema, les freqüències associades a les llínees espectrals són menys de la mitat que en l'hidrogen.

Detalls

El positronio és inestable, en un periodo de semidesintegración d'uns 10^-7 segons (100 nanosegundos). l'aniquilació positrón-electró en un àtom de positronio aïllat dona lloc generalment a dos o tres fotons gamma, depenent de l'espin de l'àtom de positronio, en una energia total de 1022 keV. Si el positronio es desintegra en presència d'una atra partícula, com un electró, que adquirixca part del moment relativiste, és possible la desintegració en un únic fotó gamma. Experimentalment s'han observat fins a 5 fotons, confirmant les prediccions de l'electrodinàmica quàntica fins a un orde molt alt.

El positronio, com l'hidrogen, pot tindre vàries configuracions: el nivell fonamental pot ser un estat singlete en espin antiparalelos (S = 0, M_S = 0), el parapositronio, en un símbol ¹S₀. Este estat pot existir fins a 10^-10 segons, en una vida mija de 125 picosegundos. L'atra configuració possible, l'estat triplet, en espin paralels (S = 1 i M_S = −1, 0, 1) és coneguda com ortopositronio (³S₁), i pot existir fins a 10^-7 s, en una vida mija de 140 nanosegundos.

Nivells energètics

Les semblances entre el positronio i l'àtom d'hidrogen s'estenen inclús fins a l'equació que indica, de forma aproximada, els nivells energètics. Els nivells energètics d'abdós sistemes són diferents per les diferències de m^* (massa reduïda), usada en l'equació d'energia:

$E_n=\frac{-m^{*}{q}_e^4}{8h^2{ϵ}_0^2}\frac{1}{n^2}$

$q_e$ és la càrrega elemental de l'electró (la mateixa que el positrón).

$h$ és la constant de Planck.

${ϵ}_0$ és la permitividad del buit.

$m^{*}$ és la massa reduïda.

La massa reduïda en este cas ve donada per:

$m^{*}=\frac{m_e{m}_p}{m_e+m_p}=\frac{m_e^2}{2m_e}=\frac{m_e}{2}$

a on

$m_e$ i $m_p$ són, respectivament, les masses de l'electró i del positrón, exactament la mateixa.

Per al positronio, la massa reduïda solament es diferencia de la massa en repòs de l'electró en un factor 2. Este fet és la causa de que els nivells energètics per al positronio siguen aproximadament la mitat que per a l'hidrogen.

Aixina, els nivells energètics del positronio vénen daus per:

$E_n=\frac{1}{2}\frac{-m_e{q}_e^4}{8h^2{ϵ}_0^2}\frac{1}{n^2}=\frac{-6.8\mathrm{e}\mathrm{V}}{n^2}$

El nivell energètic inferior per al positronio (n = 1) és de −6.8 eV. El següent nivell energètic (n = 2) és de −1.7 eV. El positronio, també pot ser considerat per una forma particular de l'equació de Dirac: que són dos-cossos; en les quals partícules de dos punts en interacció en un Coulombio poden ser separades exactament i “relativament“ en el centre d'impuls i també en l'energia resultada del seu estat fonamental que ha segut obtinguda precisament utilisant métodos dels elements finitos de J. Shertzer. Els seus resultats conduïxen al descobriment d'estats anómals.

L'equació de Dirac la qual comprén dels conceptes Hamiltonianos, conté dos partícules de Dirac i un potencial de Coulomb estàtic que no és invariablement relativiste. Pero si un suma: Plantilla:Sfrac o α²ⁿ, en a on α és una estructura finita i constant i els térmens a on n = 1,2… llavors el resultat és invariablement relativiste. Solament el primer terme és inclós. El α² és la contribució del terme Breit. Els treballs o (treballadors) rarament van a α⁴ perque en α³ un té el canvi de Lamb, la qual cosa requerix electrodinàmica quàntica.

Vore també

• Hidrogen
• Model atòmic de Bohr
• Vaig donar-positronio
• Protonio