Positron

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

Een positron (ook: positon) is het antideeltje van het elektron. Het heeft dezelfde massa, maar een tegengestelde lading. Het wordt wel weergegeven als e+.

Antimaterie[bewerken]

Het positron was het eerste theoretisch voorspelde antideeltje. Tijdens het opstellen van een kwantummechanisch en relativistisch consistente theorie over het gedrag van elektronen stuitte Paul Dirac in zijn formalisme (de Dirac-vergelijking) op een deeltje met dezelfde massa en spin als een elektron, maar met een tegengestelde lading. Hij zag dit deeltje aan voor het proton, aangezien er nog geen spoor gevonden was van een positron. Later bleek echter dat zijn theorie toch het positron beschrijft. Het positron werd in 1932 voor het eerst waargenomen door Carl Anderson.

Positronen komen vrij bij het radioactief verval van sommige isotopen, bijvoorbeeld van 21Na. In principe zijn het net als elektronen stabiele deeltjes, maar wanneer een positron en een elektron op elkaar botsen zullen zij elkaar annihileren. Dit wil zeggen dat alle massa wordt omgezet in energie, volgens Einsteins beroemde formule E=mc². Deze energie manifesteert zich in de vorm van fotonen (ook lichtquanta genoemd). Men spreekt in dit verband van γ-straling (gammastraling). De reactie luidt:

e+ + e- → γ + γ

De twee gammaquanta zullen in tegenovergestelde richting van de plaats van annihilatie weg bewegen als de snelheid van het elektron tegengesteld is aan die van het positron. Als een positron met hoge snelheid op een elektron botst ontstaan twee gammaquanta met dezelfde totale impuls als het positron-elektronpaar, wat inhoudt dat ze onder een scherpe hoek afsplitsen van de annihilatieplek. Dit is wat we zien bij kosmische straling. De gammaquanta kunnen zelf weer een elektron-positronpaar vormen als hun energie hoog genoeg is. Op de grond worden kunnen dan grote aantallen gammafotonen ongeveer gelijktijdig worden gedetecteerd.

Bij positronemissietomografie (PET-scan) wordt met een ring van detectoren en nauwkeurige klokken vastgesteld of twee quanten ongeveer gelijktijdig aankomen, dan worden ze beschouwd als afkomstig van dezelfde annihilatie. Het geringe tijdsverschil is een maat van de afstand tot het middelpunt van de detectoren en de positie van de detectoren die een foton signaleren is een maat voor de richting.

Verklaring nevelkamer foto[bewerken]

Eerste waarneming van een positron, door Carl Anderson in 1932 (het gebogen, dunne spoor middenboven).

Met de bijgaande foto van een nevelkamer ontdekte Anderson het positron in 1932. We zien op het fotonegatief twee naar links gebogen sporen van waterdruppeltjes, gecondenseerd op condensatiekernen van gasmoleculen die geïoniseerd zijn door een passerend geladen elementair deeltje. De sporen beginnen bij de loodplaat. Het onderste spoor is een elektron, dat afgebogen wordt in een magnetisch veld, dat over de nevelkamer aangelegd is. Het bovenste spoor loopt symmetrisch de andere kant uit in het magnetisch veld en moet dus tegengesteld, dat is positief geladen zijn. De kromming van deze baan is sterker, dus de energie van het positron is kleiner dan van het elektron. Waarschijnlijk heeft het positron energie verloren doordat het van onder naar boven door de loodplaat is gevlogen, waarvan de ionisatie niet zichtbaar is.

Positronium[bewerken]

Vóór de wederzijdse vernietiging kan er echter eerst een ander proces plaatsvinden: de twee deeltjes kunnen een binding aangaan die (afgezien van het enorme verschil in massa) wel vergeleken kan worden met wat er gebeurt tussen een proton en een elektron, wanneer die samen een waterstofatoom (hydrogenium) vormen. Een positron en een elektron kunnen samen een positronium'atoom' vormen. Positronium kan op zijn beurt weer bindingen aangaan, maar dat gebeurt allemaal op bijzonder korte tijdschaal, want positronium is niet stabiel, doordat het elektron en het positron elkaar na enige tijd alsnog annihileren.

Materiaalonderzoek[bewerken]

Materialen worden wel bloot gesteld aan een positronenbron om hun structuur te onderzoeken met positronannihilatie.

Positronen in of door kosmische straling[bewerken]

Voorbeeld van een Extended Air Shower[1]

De aarde wordt blootgesteld aan kosmische straling. Als deze straling de bovenste laag van onze dampkring bereikt, ontstaat er een waterval van subatomaire deeltjes; de zogenaamde Extended Air Shower. De deeltjes waar de kosmische straling uit bestaat hebben een extreem hoge energie en impuls. De gevormde producten botsen al snel weer met materie in de atmosfeer en elke keer ontstaat een steeds groter aantal deeltjes met steeds lagere energie. Door dit voortdurende proces van vorming en annihilatie van deeltjes worden positronen zelfs gedetecteerd aan het aardoppervlak, hoewel ze normaliter slechts enkele centimeters in de lucht blijven bestaan voordat ze door een elektron worden geannihileerd.

Sciencefiction[bewerken]

In sciencefiction wordt het positron gebruikt in het positronisch brein van robots. Zo'n positronisch brein is bedacht door Isaac Asimov en wordt in al diens robotverhalen toegepast.

Zie ook[bewerken]

Bronnen, noten en/of referenties