Positron
Positron atau antielektron ialah antizarah untuk elektron. Positron mempunyai cas elektrik +1e, pusingan sebanyak ½ dan jisim yang sama dengan elektron. Pemusnahhabisan akan berlaku apabila satu positron berlanggar dengan satu elektron, lalu menghasilkan dua foton sinar gama atau lebih. (Lihat pemusnahhabisan elektron-positron)
Positron boleh dihasilkan dengan pereputan radioaktif pancaran positron (melalui interaksi lemah) atau dengan penghasilan berpasangan daripada foton yang cukup bertenaga.
Sejarah
[sunting | sunting sumber]Sorot depan berbentuk teori dan ramalan
[sunting | sunting sumber]Pada 1928, Paul Dirac menerbitkan kertas kerja yang mencadangkan bahawa elektron boleh memiliki cas positif dan negatif. Kertas kerja ini telah memperkenalkan persamaan Dirac, penyatuan mekanik kuantum, relativiti khas, dan konsep pusingan elektron (yang dahulunya konsep yang baru) untuk menjelaskan kesan Zeeman. Kertas kerja itu tidaklah menekankan kewujudan partikel baru, tetapi membenarkan elektron untuk memiliki tenaga positif dan negatif sebagai penyelesaian. Penyelesaian tenaga positif menjelaskan keputusan eksperimen, tetapi Dirac sendiri bingung dengan penyelesaian tenaga negatif yang sama benar yang dibenarkan model matematik tersebut. Mekanik kuantum tidak membenarkan penyelesaian tenaga negatif untuk diendahkan sepertimana yang dibenarkan oleh mekanik klasik, sebaliknya dua penyelesaian itu menyatakan bahawa ada kemungkinan elektron beralih di antara keadaan tenaga positif dan negatif. Namun, peralihan seperti ini tidak pernah diperhatikan melalui eksperimen. Dirac merujuk kepada konflik antara teori dan pemerhatian ini sebagai "kesulitan" yang belum "diselesaikan".
Dirac menulis satu kertas kerja sambungan pada Disember 1929 yang telah mencuba untuk menjelaskan penyelesaian tenaga negatif yang tidak dapat dielakkan untuk elektron relativistik. Dia mengatakan "... satu elektron dengan tenaga negatif bergerak di dalam medan [elektromagnet] luaran seolah-olah ia membawa cas positif". Dia juga mengatakan bahawa keseluruhan ruang boleh dianggap sebagai satu "lautan" keadaan tenaga negatif yang telah diisi, sehingga ia menghalang elektron daripada beralih daripada keadaan tenaga positif (cas negatif) dan keadaan tenaga negatif (cas positif). Kertas kerja ini juga meneroka kemungkinan proton menjadi sebuah "pulau" di dalam laut ini, dan ia berkemungkinan satu elektron bertenaga negatif. Dirac mengakui yang proton mempunyai jisim yang lebih banyak daripada elektron dan ini mendatangkan masalah terhadap jangkaan beliau, tetapi beliau "berharap" teori pada masa akan datang akan menyelesaikan isu ini.
Robert Oppenheimer telah menentang jangkaan Dirac yang menyatakan penyelesaian tenaga negatif elektron untuk persamaan Dirac ialah proton. Beliau menegaskan yang jika pernyataan ini benar, atom hidrogen pasti akan musnah dengan sendiri dengan pantas. Terdesak oleh hujah Oppenheimer, Dirac menerbitkan satu kertas kerja pada 1931 yang meramalkan kewujudan partikel yang masih belum ditemui pada masa itu, "anti-elektron" yang mempunyai jisim yang sama dengan elektron dan akan musnah habis apabila bertemu dengan elektron.
Klu eksperimen dan penemuan
[sunting | sunting sumber]
| |
| Pemusnahhabisan | |
Radas-radas | |
Orang-orang | |
Dmitri Skobeltsyn telah memenui positron untuk kali pertama pada tahun 1929. Apabila menggunakan kebuk awan Wilson untuk mencuba mengesan radiasi gamma di dalam sinar kosmik, Skobeltsyn mengesan partikel-partikel yang bertindak seperti elektron tetapi melengkung ke arah bertentangan di dalam medan magnet yang dikenakan.
Pada tahun yang sama, Chung-Yao Chao, seorang graduan Caltech mendapat beberapa hasil yang ganjil yang menunjukkan partikel yang bertindak seperti elektron, tetapi mempunai cas positif. Namun, hasil ini tidak membawa kesimpulan dan fenomena ini tidak dikaji dengan lebih mendalam.
Carl D. Anderson telah menemui positron pada 2 Ogos 1932, dan melalui penemuan ini beliau telah menerima Anugerah Nobel untuk Fizik pada 1936. Anderson juga memperkenalkan istilah positron. Positron merupakan bukti pertama kewujudan antijirim dan telah ditemui apabila beliau membenarkan sinar kosmik melalui sebuah kebuk awan dan plat plumbum. Sebuah magnet mengelilingi radas ini, dan ia menyebabkan partikel membengkok ke pelbagai arah berdasarkan cas elektrik masing-masing. Jejak ion yang ditinggalkan oleh setiap positron muncul di atas plat fotografik dengan lengkungan yang sepadan dengan nisbah jisim-ke-cas elektron, tetapi dalam arah yang menyatakan casnya positif.
Anderson menulis yang positron boleh ditemui lebih awal berdasarkan hasil kerja Chung-Yao Chao jika ia disambung. Joliot-Curies di Paris mempunyai bukti positron dalam gambar-gambar lama apabila hasil kerja Anderson diperoleh, tetapi mereka menganggapnya sebagai proton dan mengendahkannya.
Penghasilan
[sunting | sunting sumber]Kajian baru telah meningkatkan jumlah positron yang boleh dihasilkan oleh para penguji kaji secara dramatik. Ahli fizik di Makmal Kebangsaan Lawrence Livermore di California menggunakan laser pendek dan amat kuat untuk menyahsinar sasaran emas satu milimiter tebal dan berjaya menghasilkan lebih 100 bilion positron.
Penggunaan
[sunting | sunting sumber]Sesetengah jenis eksperimen pemecut zarah melibatkan pelanggaran positron dan elektron pada kelajuan relativistik. Tenaga pelanggaran yang tinggi dan pemusnahhabisan mutlak jirim dan antijirim menghasilkan sejumlah besar partikel subatom pelbagai jenis. Ahli fizik mengkaji hasil pelanggaran ini untuk mengkaji ramalan teori dan mencari partikel jenis baru.
Sinar gama yang dilepaskan secara tidak langsung oleh radionuklid pemancar positron dikesan di dalam pengesan tomografi pancaran positron (PET) yang digunakan di hospital. Pengesan PET hasilkan gambar 3-dimensi terperinci tentang aktiviti metabolik di dalam badan manusia.
Peralatan dalam uji kaji yang dinamakan spektroskopi pemusnahhabisan positron (PAS) digunakan dalam kajian bahan-bahan untuk mengesan kepelbagaian kepadatan, kecacatan, kesalahletakan dan kelompongan di dalam satu objek pejal.