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Positrone

Caratteristiche e proprietà del positrone

Il positrone, detto anche positone, è una particella elementare di massa uguale a quella dell'elettrone e, rispetto a quest'ultima particella, ha la stessa carica in valore assoluto ma positiva (e quindi di segno opposto); è l'antiparticella dell'elettrone e per tale motivo viene anche chiamata elettrone positivo e viene rappresentata con il simbolo e+.

Il positrone, la cui esistenza fu prevista teoricamente nel 1927 da P. A. M. Dirac mediante la celebre equazione che oggi porta il suo nome, fu scoperta - nei raggi cosmici - solo nel 1932 ad opera del fisico statunitense Carl David Anderson.

Proprietà del positrone

Come detto, il positrone ha carica elettrica uguale - in valore assoluto - a quella dell'elettrone ma di segno opposto; la sua massa è invece uguale alla massa dell'elettrone.

Proprietà del positrone.

Il positrone ha lo stesso spin e segue le medesime leggi statistiche dell'elettrone (è cioè un fermione).

Il positrone è di per sé una particella stabile, ma non può esistere indefinitamente nella materia perché collidendo con un elettrone può annichilarsi con esso con produzione di raggi γ.

Prima di annichilarsi un positrone può dare luogo, con un elettrone, alla formazione di uno stato legato altamente instabile, detto positronio, simile all'atomo di idrogeno eccetto che per la sostituzione del positone al protone e per la sua vita breve.

A seconda che gli spin del positrone e dell'elettrone, uguali fra loro, siano paralleli o antiparalleli, si possono venire a formare due varietà del positronio, note come parapositronio e ortopositronio. Nel primo lo spin totale è nullo mentre nel secondo lo spin totale è uguale a 1 (in unità h/2π, in cui h è la costante di Planck).

Annichilendosi, il parapositronio (tempo di vita media = 10-10 s) porta alla formazione di due fotoni, ciascuno dei quali con energia 0,5108 MeV, che si dirigono lungo direzioni opposte, secondo lo schema:

Annichilazione parapositronio

L'annichilazione dell’ortopositronio (tempo di vita media = 10-7 s) porta invece alla formazione di tre fotoni, con energia e direzioni casuali, ma legate tra loro, in ogni caso, dal principio di conservazione dell’energia e della quantità di moto.

Produzione di positroni

I positroni possono essere ottenuti come prodotto del decadimento radioattivo beta positivo (β+).

Decadimento radioattivo beta positivo

Rappresentazione schematica di un decadimento radioattivo beta positivo.

Un'altra possibilità, secondo cui può essere generato un positrone, è nell'interazione con la materia di fotoni ad elevata energia (> 1,022 MeV); tale processo è noto come "produzione di coppia", in quanto genera sia un positrone che un elettrone.

Inoltre il fenomeno quantistico della produzione virtuale di coppie elettrone-positrone da parte del campo elettromagnetico produce una polarizzazione del vuoto, che comporta la reciproca deviazione di fasci di luce e la modifica del campo elettrostatico coulombiano a brevi distanze.

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