Позитрон
1932. Открытие позитрона.
Carl David Anderson
(1905-1991)
Позитрон, зарегистрированный в камере Вильсона, помещенной в магнитное поле. После прохождения свинцовой пластинки энергия позитрона уменьшается, соответственно уменьшается кривизна его траектории в магнитном поле.
Нобелевская премия по физике
1936 г. – К. Андерсон За открытие позитрона
Открытиепозитрона
Характеристика |
Численное значение |
Спин J, = |
|
1/2 |
|
Масса mec2, МэВ |
0.51099892±0.00000004 |
Электрический заряд, Кулон |
(1.60217653±0.00000014)·10−19 |
Магнитный момент, e=/2mec |
1.001159652187±0.000000000004 |
τ |
> 4.6·1026 |
Время жизни , лет |
|
Лептонное число Le |
-1 |
Лептонные числа Lμ , Lτ |
0 |
Открытие позитрона — частицы по своим характеристикам идентичной электрону за исключением знака электрического заряда (у позитрона он положительный) — было исключительно важным событием в физике. Еще в 1928 году П. Дирак предложил уравнение для описания релятивистской квантовой механики электрона. Оказалось, что уравнение Дирака имеет два решения, как с положительной, так и с отрицательной энергией. Состояние с отрицательной энергией описывает частицу аналогичную электрону, но имеющую положительный электрический заряд.
Позитрон был первой обнаруженной частицей из целого класса частиц, которые получили название античастицы. До открытия позитрона казалась загадочной различная роль положительных и отрицательных зарядов в природе. Почему существует тяжелый положительно заряженный протон, и нет тяжелой частицы с массой протона и отрицательным зарядом? Зато существует легкий отрицательно заряженный электрон. Открытие позитрона по существу восстановило зарядовую симметрию для легких частиц. В квантовой теории поля электрон и позитрон полностью равноправные частицы.
Вопрос
Почему e- и e+ являются
стабильными частицами?
Нейтрино ν
1931. В.Паули выдвинул гипотезу о существовании нейтрино для объяснения спектра электронов β-распада
n → p + e− +υe
E2
E1
1956. Ф. Райнес,
К. Коэн зарегистрировали антинейтрино.
Электронное антинейтрино
1953 – 1956 Ф. Райнес, К. Коэн
ν + p → e+ + n
Источник антинейтрино – ядерный реактор e+ +e− → 2γ ~10 микросекунд
n +Cd (A) →Cd (A +1)* →Cd (A +1) +(3 −5)γ
σ(ν p) =10−43 см2
Открытиеантинейтрино (1)
Доказать существование электронного антинейтрино удалось в 1956 г. Райнесу и Коэну. Для этого они использовали реакцию
|
ν |
+ p → e+ + n . |
(*) |
|
|
Источником |
антинейтрино |
был |
атомный |
реактор. |
|
Образующиеся |
|
в реакторе |
продукты |
деления |
|
β− -радиоактивны, поэтому в |
результате их |
β− -распада |
|||
образуется большое число антинейтрино, которые и предполагалось зарегистрировать с помощью реакции (*). Протонная мишень представляла собой два бака по 200 л каждый, заполненные раствором хлористого кадмия в воде (CdCl2+H2O). Возникающие в результате реакции позитроны регистрировались по аннигиляционным γ-квантам,
образующимся при взаимодействии позитронов с электронами вещества мишени.
e+ + e− → 2γ .
Образующиеся в результате аннигиляции γ-кванты
вызывали световые вспышки в жидких сцинтилляторах (3 емкости по 1200 л каждая), расположенных по обе стороны от двух протонных мишеней. Световые вспышки регистрировали 100 фотоумножителей. Образующиеся в реакции нейтроны замедлялись в мишени до тепловых энергий и поглощались ядрами кадмия. Кадмий имеет большое сечение реакции ( n,γ ) захвата тепловых нейтронов. Среднее
время замедления нейтронов в водородосодержащей среде ~10 мкс. В результате захвата нейтронов изотопы кадмия образовывались в возбуждённом состоянии. Переход их в основное состояние сопровождался испусканием 3-5 γ-
квантов. Для идентификации антинейтрино регистрировались аннигиляционные γ-кванты и образующиеся приблизительно через 10 мкс γ-кванты из реакции радиационного захвата на
ядрах кадмия.