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Positrón Características y definición

Positrón
Positrón, también llamado electrón positivopartícula subatómica con carga positiva que tiene la misma masa y magnitud de carga que el electrón y que constituye la antipartícula de un electrón negativo. La primera de las antipartículas a detectar, los positrones fueron descubiertos porCarl David Anderson en estudios de la cámara de nubes sobre la composición de los rayos cósmicos (1932). 

El descubrimiento del positrón proporcionó una explicación para un aspecto teórico de los electrones predichos porPAM Dirac . losLa ecuación de onda de Dirac (1928), que incorporó la relatividad en la descripción de la mecánica cuántica para los estados de energía permitidos del electrón, produjo estados de energía negativa aparentemente superfluos que no se habían observado. En 1931, Dirac postuló que estos estados podrían estar relacionados con un nuevo tipo de partículas, el antielectrón.

Estable en el vacío, los positrones reaccionan rápidamente con los electrones de la materia ordinaria por aniquilación para producir radiación gamma . Los positrones se emiten en la desintegración betapositiva de núcleos radiactivos ricos en protones (deficientes en neutrones) y se forman en la producción de pares, en los que la energía de un rayo gamma en el campo de un núcleo se convierte en un par electrón-positrón. También se producen en la descomposición de ciertas partículas de vida corta, como los muones positivos . Los positrones emitidos por fuentes radiactivas artificiales se utilizan en el diagnóstico médico en la técnica conocida como tomografía por emisión de positrones (PET).

Historia

El electrón positivo, el primer embajador de la anti materia El positrón fue descubierto en 1933 por el físico estadounidense Carl Anderson. Anderson estaba estudiando las partículas de rayos cósmicos con una cámara de Wilson o una cámara de nubes. El vapor se condensa en finas gotitas a lo largo de la trayectoria de partículas cargadas eléctricamente que cruzan la cámara, visualizando esta trayectoria. Un campo magnético producido por una bobina de trayectorias dobladas que permiten determinar el signo, positivo o negativo, de la carga eléctrica de la partícula.

Positron Anderson En - Positrón Características y definición
Positón de Anderson
Fotografía histórica de una de las primeras trayectorias de positrones observadas por Anderson en 1933 en una cámara de nubes. Un campo magnético desvía la trayectoria de la partícula y la inserción de una placa de plomo permite determinar la dirección de su movimiento (flecha). La desviación indica una partícula positiva (un electrón habría seguido la trayectoria en rojo) que no podría ser un protón cuya trayectoria sería mucho más corta. 

Dentro del átomo, el papel asignado por la Naturaleza a los protones positivos y a los electrones negativos no podría ser más diferente a pesar de que llevan la misma carga eléctrica elemental + e o -e. El protón “positivo” está confinado dentro del núcleo: el electrón “negativo” pertenece al electrón que fluye alrededor del núcleo. Los protones son 1837 veces más pesados. ¿Por qué tal asimetría? ¿Por qué no existirían en la naturaleza protones negativos y electrones positivos?

El descubrimiento de un electrón positivo por Anderson fue la primera evidencia de estas partículas simétricas o las partículas de nuestro mundo cotidiano. Pertenecen a lo que ahora se llama antimateria.

Para demostrar la existencia del antiprotón, el físico tuvo que esperar el desarrollo de grandes aceleradores de partículas. En 1955, el equipo de Emilio Segre y Owen Chamberlain utilizando el Bevatron, el nuevo acelerador en Berkeley (California), probó la existencia del antiprotón, y luego poco después de la antipartícula de neutrones, el antineutrón.

Constituants Antimatiere - Positrón Características y definición
Constituyentes fundamentales de antimateria
A los cuatro componentes fundamentales de la materia ordinaria, corresponde en antimateria cuatro constituciones que son sus antipartículas. El primero, el positrón (o posición) es el más visible. El antineutrino, producido abundantemente en desintegraciones beta-minus, pero virtualmente indetectable. Los antiquarks son los constituyentes de antiprotones y antineutrones las antipartículas de protones y neutrones de núcleos. 

El positrón no existe en nuestro entorno. De acuerdo con la fórmula de Einstein E = M c² relacionando masa y energía, es posible producir positrones con una energía mayor a 511 kEv, la energía de masa del positrón o el electrón. Uno debería crear simultáneamente una antipartícula, ya sea un electrón o un neutrino. En el proceso, la carga eléctrica total debe conservarse.

Algunos positrones son generados por un raro tipo de desintegraciones radiactivas, desintegraciones beta plus . El positrón se produce junto con un neutrino-electrón invisible que escapa a la detección. La energía se toma de la energía liberada en la descomposición.

Un segundo proceso es la producción simultánea de un electrón y un positrón durante la interacción de un gamma energético con un núcleo. Como también se produce un electrón, uno debería agregar 511 kev al 511 kev necesario para crear el positrón: la energía gamma debería ser mayor que 1022 keV. Pocos gammas naturales en desintegraciones radiactivas tienen tales energías. La producción de pares juega un papel marginal en nuestro medio ambiente.

Production Paires En - Positrón Características y definición
Producción de pares de electrones de positrones
Quantum Mechanics permite transformaciones ultracortadas de un gamma en un par de partículas antipartículas, como un electrón y un positrón. Si durante este breve instante, el par se encuentra en las proximidades del fuerte campo eléctrico de un núcleo, interactúa con él (B). La interacción con el núcleo permite la creación del electrón y el positrón para que permanezcan permanentes. La “energía de masa” (dos veces 511 keV) necesaria para la formación de las dos partículas se toma de la energía del gamma que debe ser mayor que un umbral de 1.022 MeV. 
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Cada kilogramo de materia en nuestro mundo contiene miles de millones de billones de electrones. Si no viaja en el vacío, un positrón encuentra rápidamente uno de estos electrones. Cuando se encuentran, el positrón y el electrón, que son Antipartículas entre sí, se destruyen mutuamente, se aniquilan. Dos gamma de aniquilación con igual energía también se emiten hacia atrás. Llevan cada 511 keV, que es la energía de masa de las dos partículas que se restaura así. Esta característica reacción de aniquilación se utiliza en medicina nuclear para la detección de cánceres.

Moviéndose en medio de sus innumerables enemigos electrónicos, los positrones están prácticamente ausentes de nuestro entorno. Lo mismo les sucede a los antiprotones. Cómo explicar esta falta de antimateria a nuestro alrededor, mientras que en el nivel primario cada vez que se crea o destruye una partícula, se crea o destruye también una antipartícula. ¿Dónde está la antimateria? Esta es una de las principales preguntas abordadas en física de partículas.

Los experimentos han demostrado que una simetría perfecta entre partículas y antipartículas no se respeta perfectamente en el campo de las fuerzas débiles responsables, en particular, de la beta radioactividad. ¿Puede esta asimetría, que es muy pequeña, ser la explicación de la ausencia de antimateria que nos rodea?

¿Qué es el positrón?

El positrones o antielectrón es la antipartícula o la antimateria contraparte del electrón . El positrón tiene una carga eléctrica de +1  e, un giro de 1/2 (igual que el electrón), y tiene la misma masa que un electrón . Cuando un positrón colisiona con un electrón, ocurre la aniquilación . Si esta colisión ocurre a bajas energías, resulta en la producción de dos o más fotones de rayos gamma (ver aniquilación electrón-positrón ).

Los positrones se pueden crear por la desintegración radiactiva de emisión de positrones (a través de interacciones débiles ), o por la producción de pares a partir de un fotón suficientemente energético que interactúa con un átomo en un material.

¿Qué es un electrón y un Positrón?

La aniquilación del electrón-positrón ocurre cuando un electrón (

) y un positrón (
+
, la antipartícula del electrón ) colisionan. El resultado de la colisión a bajas energías es la aniquilación del electrón y el positrón y la creación de fotones de rayos gamma :


 + 
+
 → 
γ
 + 
γ

A altas energías, se pueden crear otras partículas, como los mesones B o los bosones W y Z. Todos los procesos deben cumplir una serie de leyes de conservación, que incluyen:

  • Conservación de carga eléctrica . La carga neta antes y después es cero.
  • Conservación del impulso lineal y la energía total . Esto prohíbe la creación de un solo rayo gamma. Sin embargo, en la teoría cuántica de campos este proceso está permitido; ver ejemplos de aniquilación .
  • Conservación del momento angular .
  • Conservación del número total de leptones (es decir, neto), que es el número de leptones (como el electrón) menos el número de antilotones (como el positrón); esto se puede describir como una conservación de la ley de materia (neta) .

Al igual que con dos objetos cargados, los electrones y los positrones también pueden interactuar entre sí sin aniquilar, en general mediante dispersión elástica .

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