Электроны и позитроны

В состав всех окружающих нас веществ входят электроны. Их элек­трический заряд точно известен (например, из экспериментов с масля­ными капельками) и равен e =4,802•10-10 электростатических единиц. Масса электрона тоже точно известна (например, из экспериментов по отклонению в электрическом и магнитном полях, дающих величину от­ношения электрического заряда к массе) и имеет величину me=9,105•10-28 г. Соответствующее значение энергии покоя mec2=0,51079 Мэв. Ана­лиз атомных спектров показывает, что спин электрона s =1/2, а его маг­нитный момент равен одному магнетону Бора. Электроны подчиняются статистике Ферми, так как они обладают полуцелым спином. Это согла­суется с экспериментальными данными о структуре атомов и о поведе­нии электронов в металлах. Гранит для мощения купить - каталог плит мощения ООО "ПО "Шесть Граней".

Позитроны (положительные электроны) в веществе не могут сущест­вовать, потому что при замедлении они аннигилируют, соединяясь с от­рицательными электронами. В этом процессе, который можно рассмат­ривать как обратный процесс рождения пар, положительный и отрица­тельный электроны исчезают, при этом образуются фотоны, которым передается их энергия. При аннигиляции электрона и позитрона в боль­шинстве случаев образуются два фотона, значительно реже - один фо­тон. Однофотонная аннигиляция может произойти только в том случае, когда электрон сильно связан с ядром; участие ядра в этом случае не­обходимо для сохранения импульса. Двухфотонная аннигиляция, напро­тив, может происходить и со свободным электроном. Часто процесс ан­нигиляции происходит после практически полной остановки позитрона. В этом случае испускаются в противоположных наравлениях два фотона с равными энергиями.

Позитрон был открыт Андерсоном при изучении космических лучей методом камеры Вильсона. На рисунке, который является репродукцией с полученной Андерсоном фотографии в камере Вильсона, видна поло­жительная частица, входящая в свинцовую пластину толщиной 0,6 см с импульсом 6,3•107 эв/с и выходящая из нее с импульсом 2,3•107 эв/с. Можно установить верхний предел для массы этой частицы, допустив, что она теряет энергию только на столкновения. Этот предел составляет 20 me. На основании этой и других сходных фотографий Андерсон вы­двинул гипотезу о существовании положительной частицы с массой, примерно равной массе обычного электрона. Это заключение скоро было подтверждено наблюдениями Блэккета и Оккиалини в камере Вильсона. Вскоре после этого Кюри и Жолио открыли, что позитроны образуются при конверсии гамма-лучей радиоактивных источников, а также испускаются искусственными радиоактивными изотопами. Так как фотон, будучи нейтральным образует пару (позитрон и электрон), то из принципа сохранения электрического заряда следует, что по абсолют­ной величине заряд позитрона равен заряду электрона.

Первое количественное определение массы позитрона было проде­лано Тибо, который измерял отношение e/m методом трохоид и пришел к выводу, что массы позитрона и электрона отличаются не больше чем на 15 %. Более поздние эксперименты Шписа и Цана, которые исполь­зовали масс-спектрографическую установку, показали, что массы элек­трона и позитрона совпадают с точностью до 2 %. Еще позже Дюмонд и сотрудники измерили с большой точностью длину волны аннигиляцион­ного излучения. С точностью до ошибок эксперимента (0,2 %) они полу­чили такое значение длины волны, которого следовало ожидать в пред­положении, что позитрон и электрон имеют равные массы.

Закон сохранения момента количества движения в применении к про­цессу рождения пар показывает, что позитроны обладают полуцелым спином и, следовательно, подчиняются статистике Ферми. Разумно предположть, что спин позитрона равен 1/2, как и спин электрона.

 

Статистика

Ракурс в историю

История открытий в области строения атомного ядра

Изучение атомного ядра вынуждает заниматься элементарными частицами. Причина этого ясна: в ядрах атомов частиц так мало, что свойства каждой из них в отдельности не усредняются, а, напротив, играют определяющую роль.
История открытия закона Ома

Закон Ома устанавливает зависимость между силой тока I в проводнике и разностью потенциалов (напряжением) U между двумя фиксированными точками (сечениями) этого проводника.
История открытия основных элементарных частиц
Элементарные частицы в точном значении этого термина — первичные, далее неразложимые частицы, из которых, по предположению, состоит вся материя.