Преглед на кодот на Позитрониум

[[Податотека:Positronium mk.svg|десно|мини|200x200пкс|Еден [[електрон]] и [[позитрон]] кои кружат околу  нивниот заедничко [[тежиште]]. (s состојбата има аголен импулс-  нула; па орбитирајќи еден околу друг би значело дека може да отидат една кон друга сè додека не се расејат или поништат, без разлика кој и да е прв настан ). Ова сврзна квантна состојба е позната како '''позитрониум'''.]]

'''Позитрониум''' ('''Ps''') — систем што се состои од еден [[електрон]] и неговата [[Антиматерија|анти-честичка]], [[позитрон]], врзани заедно во [[Егзотичен атом|егзотични атоми]], (конкретно) [[ониум]]. Системот е нестабилен: двете честички се уништуваат меѓусебно, и воглавно произведуваат два или три [[Гама-зрачење|гама-зраци]], во зависност од нивната релативна состојба на спинот. Орбитата и и нивините [[Енергетско ниво|нивоа на енергија]] се слични со оние како кај водородниот атом (која е  состојба на еден [[протон]] и еден електрон). Сепак, поради [[Редуцирана маса|редуцираната маса]], [[Честота|честотите]] на [[Спектрална линија|спектрални линии]] се помали за половина од соодветните водородни линии.

==Состојби==

Масата на позитрониумот е 1.022&nbsp;MeV, што е за двапати поголема од  електронската маса минус сврзната енергија од неколку eV. [[Основна состојба|Основната состојба]] на позитрониумот, како и таа кај водородот, има две можни конфигурации во зависност од релативната насока на спиновите на електронот и позитронот .

[[Сиглетна состојба|Сиглетната состојба]], {{SubatomicParticle|para-positronium}}, со [[Антипаралелност|антипаралелни]] [[Спин (физика)|спинови]] ([[Спинов квантен број|''S'']]&nbsp;=&nbsp;0, ''M<sub>s</sub>''&nbsp;=&nbsp;0) е позната како парапозитрониум (''p''-Ps) . Парапозитрониумот живее само 0,125&#x20;[[Наносекунда|ns]]  и се распаѓа следствено на два гама-зраци со енергија од {{вред|511|u=keV}}  ([[Појдовен систем на тежиштето|појдовниот систем на тежиштето]]). Со откривањето на овие фотони може да се открие кога положбата во која се случило распаѓањето. Овој процес се користи во [[Позитронско-емисиона томографија|позитронско-емисионата томографија]]. Парапозитрономиумот може да се распадне во целоброен парен број фотони  (2, 4, 6, ...), но веројатноста брзо се намалува со зголемување на бројот: [[Сооднос на распад|соодносот на распад]] на 4 фотони од {{вред|1.439|(2)|e=-6}}.<ref name="hep-ph0310099">
{{Наведено списание
 |last1=Karshenboim | first1=Savely G.
 |date=2003
 |title=Precision Study of Positronium: Testing Bound State QED Theory
 |doi=10.1142/S0217751X04020142
 |journal=International Journal of Modern Physics A [Particles and Fields; Gravitation; Cosmology; Nuclear Physics]
 |volume=19
 |issue=23
 |pages=3879–3896
 |arxiv=hep-ph/0310099
 |bibcode = 2004IJMPA..19.3879K }}</ref>

Животнот век на парапозитрониум  во вакуум е приближно:<ref name="hep-ph0310099"/>

::<math>t_0 = \frac{2 \hbar}{m_\mathrm{e} c^2 \alpha^5} = 0.1244 ~\mathrm{ns}.</math>

[[Триплетна состојба|Триплетната состојба]], <sup>3</sup>S<sub>1</sub>, со [[Паралелност|паралелни]] спинови (''S''&#x20;=&#x20;1, ''M<sub>s</sub>''&#x20;=&#x20;-1, 0, 1) е позната како ортопозитрониум (o-Ps). Таа има краток живот од {{вред|142.05|0.02|u=ns}},<ref name="Badertscher">
{{Наведено списание
 |first1=A.|last1=Badertscher|first2=P.|last2=Crivelli|first3=W.|last3=Fetscher|first4=U.|last4=Gendotti|first5=S. N.|last5=Gninenko
 |first6=V.|last6=Postoev|first7=A.|last7=Rubbia|first8=V.|last8=Samoylenko|first9=D.|last9=Sillou
 |year=2007
 |title=An Improved Limit on Invisible Decays of Positronium
 |journal=Physical Review D
 |volume=75 |pages=032004
 |doi=10.1103/PhysRevD.75.032004
 |arxiv=hep-ex/0609059
 |bibcode=2007PhRvD..75c2004B
 |issue=3 }}</ref> и се распаѓа на три гама-зраци. Другите начини на распаѓање се занемарливи, на пример: модот од пет фотони има сооднос на распад од ≈{{вред||e=-6}}.<ref name="hep-ph9911410">
{{Наведено списание
 |last1=Czarnecki |first1=Andrzej |last2=Karshenboim |first2=Savely G.
 |date=2000
 |department=Decays of Positronium
 |editor1-last=Levchenko | editor1-first=B. B.
 |editor2-last=Savrin | editor2-first=V. I.
 |title=Proceedings of the International Workshop on High Energy Physics and Quantum Field Theory (QFTHEP)
 |journal=B.b. Levchenko and V.i. Savrin (Eds.), Proc. Of the , Moscow 1999), Msu-Press 2000, Pp. 538 - 544 |volume=14
 |issue=99
 |pages=538–544
 |arxiv=hep-ph/9911410
 |bibcode = 1999hep.ph...11410C
}}</ref>

Животниот век на ортопозитрониумот во вакуум може приближно да се пресмета како:<ref name="hep-ph0310099" />

::<math>t_1 = \frac{\frac{1}{2} 9 h}{2 m_\mathrm{e} c^2 \alpha^6 (\pi^2 - 9)} = 138.6 ~\mathrm{ns}.</math>

Сепак, поточните пресметки со исправки од редот на  O(α2) придонесуваат за вредност од 7.040&nbsp;[[Секунда|&mu;s]]<sup>&minus;1</sup> за стапката  на распад, што одговара на животен век од {{вред|142|u=нс}}.<ref name=Kat/><ref name=adk>{{Наведено списание|last1=Adkins|first1=G. S.|last2=Fell|first2=R. N.|last3=Sapirstein|first3=J.|title=Order α<sup>2</sup> Corrections to the Decay Rate of Orthopositronium|journal=Physical Review Letters|date=29 May 2000|volume=84|issue=22|pages=5086–5089|doi=10.1103/PhysRevLett.84.5086|pmid=10990873|arxiv = hep-ph/0003028 |bibcode = 2000PhRvL..84.5086A }}</ref>

Позитрониумот во 2S состојбата е [[Метастабилна состојба|метастабилен]] и има животен век од околу {{вред|1100|u=ns}} пред да се [[Анихилација|поништи]].<ref name="atom-ph150305755">
{{Наведено списание
 |last1=Cooke| first1=D. A. |last2=Crivelli| first2=P. | first3=J. |last3=Alnis| first4=A. |last4=Antognini| first5=B. |last5=Brown| first6=S.
 |last6=Friedreich| first7=A. |last7=Gabard| first8=T. W. |last8=Haensch| first9=K. |last9=Kirch| first10=A. |last10=Rubbia| first11=V. |last11=Vrankovic
 |year=2015
 |title=Observation of positronium annihilation in the 2S state: towards a new measurement of the 1S-2S transition frequency
 |doi=10.1007/s10751-015-1158-4
 |journal=Hyperfine Interact.
 |volume=233
 |issue=1–3
 |pages=67–73
 |arxiv=1503.05755 |bibcode=2015HyInt.233...67C}}</ref> Позитронумиумот кој ќе биде  создаден во таква [[возбудена состојба]], брзо ќе се врати во основната состојба, каде што поништувањето ќе се случи многу побрзо.

=== Мерења ===
Мерењата на овие животни векови и нивото на енергија се користат во [[прецизни тестирања на квантна електродинамика]], потврдувајќи ги предвидувањата на [[Квантна електродинамика|квантната електродинамика]] (КЕД)  со висока прецизност.<ref name="hep-ph0310099" /><ref>{{Наведено списание
 |last1=Rubbia | first1=A.
 |date=2004
 |title=Positronium as a probe for new physics beyond the standard model
 |doi=10.1142/S0217751X0402021X
 |journal=International Journal of Modern Physics A [Particles and Fields; Gravitation; Cosmology; Nuclear Physics]
 |volume=19
 |issue=23
 |pages=3961–3985
 |arxiv=hep-ph/0402151
|bibcode = 2004IJMPA..19.3961R | citeseerx=10.1.1.346.5173
 }}</ref><ref>{{Наведено списание
 |last=Vetter |first=P.A. |last2=Freedman |first2=S.J.
 |date=2002
 |title=Branching-ratio measurements of multiphoton decays of positronium
 |journal=Physical Review A
 |volume=66 |pages=052505
 |doi=10.1103/PhysRevA.66.052505
|bibcode = 2002PhRvA..66e2505V
 |issue=5 |url=https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc736097/ |format=Submitted manuscript }}</ref>  Поништувањето може да продолжи преку голем број на канали, секој од нив произведува [[Гама-зрачење|гама-зраци]] со вкупна енергија на {{вред|1022|u= keV}} (збир од масената енергија на електронот и позитронот), обично се снимени 2 или 3, па сè до 5 зраци.

Поништувањето во [[Неутрино|неутринско]]–антинеутрински пар е исто така можен, но веројатноста е предвидено дека ќе биде  занемарлива. Соодносот на распад за ''о''-Ps  за овој канал е {{вред|6.2|e=-18}} (пар електронско неутрино–антинеутрино) и {{вред|9.5|e=-21}} (за друг вкус)<ref name="hep-ph9911410" /> во предвидувања засновани на стандардниот  модел, но тоа може да биде зголемено од страна на нестандардните неутрински својства, како релативно високите [[Магнетен момент|магнетни моменти]]. Крајните  граници на соодносот на распад  за овој распад (како и за распаѓањето во било кои „невидливи“ честички) се <{{вред|4.3|e=-7}} за ''p''-Ps и <{{вред|4.2|e=-7}}  за ''о''-Ps.<ref name="Badertscher" />

==Нивоа на енергија==
{{Главна|Боров модел#Електронски енергетски нивоа}}

Додека прецизната пресметка на позитрониумското ниво на енергија ја користи [[Бете–Солпитерова равенка|Бете–Солпитеровата равенка]] или  [[Брејтова равенка|Брејтовата равенка]], сличноста помеѓу позитрониумот и водородот овозможува груба проценка. Во оваа проценка, нивоата на енергија се различни, поради различната делотворна маса, ''m''* и во равенката за енергија  (Погледајте изведување на [[Боров модел|електронско ниво на енергија]]):

::<math>E_n = -\frac{\mu q_\mathrm{e}^4}{8 h^2 \varepsilon_0^2} \frac{1}{n^2},</math>

каде:

:{{Мат|''q''<sub>e</sub>}} е [[Елементарен полнеж|големината на полнежот]] на електронот  (ист е и за позитроните),
:{{Мпром|h}} е [[Планкова константа]],
:{{Мат|''&epsilon;''<sub>0</sub>}} е [[диелектрична константа]] ( позната и како пробивност),
:{{Мпром|&mu;}} е [[Редуцирана маса|редуцираната маса]]:
:::<math>\mu = \frac{m_\mathrm{e} m_\mathrm{p}}{m_\mathrm{e} + m_\mathrm{p}} = \frac{m_\mathrm{e}^2}{2m_\mathrm{e}} = \frac{m_\mathrm{e}}{2},</math>
: каде што {{Мат|''m''<sub>e</sub>}} и {{Мат|''m''<sub>p</sub>}} се соодветно, масата на електронот и позитронот (кои по дефиниција се исти како и античестичките).

На тој начин, позитрониумот, и неговата редуцирана маса само се разликува од електрон само врз основа за фактор 2. Ова предизвикува нивоата на енергија, исто така, да биде приближно половина од она кај водородниот атом.

Така , нивоата на енергија за позитронониумот се дадени со равенката:

::<math> E_n = -\frac{1}{2} \frac{m_\mathrm{e} q_\mathrm{e}^4}{8 h^2 \varepsilon_0^2} \frac{1}{n^2} = \frac{-6.8~\mathrm{eV}}{n^2}.</math>

Најниско ниво на енергија на позитрониумот ({{Мат|''n'' {{=}} 1}})   е &#x2212;6.8&#x20;[[Електронволт|електроволти]]&#x20;(eV). Следното ниво е {{Вред|-1.7|u=eV}}. Негативниот знак подразбира [[сврзана состојба]] . Позитрониумот  исто така, може да се смета од една страна за одреден облик на [[Диракова равенка за две тела]],  каде точкести честички  под дејство на [[Кулонов закон|Кулоново заемодејство]]  може точно да бидат одделени во  (релативистички) [[Појдовен систем на тежиштето|појдовниот систем на тежиштето]] и како резултат  основната состојба на енергија се добива со користење на прецизни [[Метод на конечни елементи|методи на конечни елементи]], како оние на Шерцер.<ref name="Shertzer" /> Нивните резултати водат до откривање на аномални состојби.<ref>{{Наведено списание|last=Patterson|first=Chris W.|date=2019|title=Anomalous states of Positronium|url=|journal=Physical Review A|volume=100|issue=6|pages=062128|bibcode=2019PhRvA.100f2128P|doi=10.1103/PhysRevA.100.062128}}</ref><ref>{{Наведено списание|last=Patterson|first=Chris W.|date=2023|title=Properties of the anomalous states of Positronium|url=|journal=Physical Review A|volume=107|issue=4|pages=042816|doi=10.1103/PhysRevA.107.042816}}</ref> Дираковата равенка чиј Хамилтонијан  се состои од две Диракови честички и статичен Кулонов потенцијал не е релатиовистичка неменлива. Но, доколку се додаде условот  {{Мат|{{sfrac|''c''<sup>2''n''</sup>}}}} (или {{Мат|''&alpha;''<sup>2''n''</sup>}}, каде што {{Мпром|&alpha;}} е [[Константа на фината структура|константата на фината структура]]) , каде {{Мат|''n'' {{=}} 1,2…}}, тогаш резултатот е релативистички неменлив. Се користи само првиот член. Придонесот {{Мат|''&alpha;''<sup>2</sup>}} е Брејтовиот услов; ретко се користи {{Мат|''&alpha;''<sup>4</sup>}}, бидејќи при {{Мат|''&alpha;''<sup>3</sup>}} ќе дојде до Ламбова промена, која пак побарува употреба на квантна електродинамика.<ref name="Shertzer">
{{Наведено списание|last=Scott|first=T.C.|last2=Shertzer|first2=J.|last3=Moore|first3=R.A.|date=1992|title=Accurate finite element solutions of the two-body Dirac equation|url=|journal=Physical Review A|volume=45|issue=7|pages=4393–4398|bibcode=1992PhRvA..45.4393S|doi=10.1103/PhysRevA.45.4393|pmid=9907514}}</ref>

==Историја==
[[Податотека:Positronium_Beam.jpg|мини|Позитрониумскиот Зрак во Лондон, лабораторија која се користи за изучување на хемискиот состав на позитрониумот]]
[[Стјепан Moхоровичиќ]] го предвидел постоењето на позитрономиумот дури во труд објавен во 1934 година, објавен во ''[[Astronomische Nachrichten]]'', во која тој го нарекол  „електрум“.<ref>
{{Наведено списание|last=Mohorovičić|first=S.|date=1934|title=Möglichkeit neuer Elemente und ihre Bedeutung für die Astrophysik|url=|journal=Astronomische Nachrichten|volume=253|issue=4|pages=93–108|bibcode=1934AN....253...93M|doi=10.1002/asna.19342530402}}</ref> Други извори заслугите ги даваат на [[Карл Дејвид Андерсон|Карл Андерсон]] за тоа што го предвидел неговото постоење во 1932 година, а додека работел во [[Калифорниски универзитет|Калтех]].<ref name="DeutschObit">
{{Наведена изјава за печат}}</ref> Експериментално е потврден од страна на  [[Мартин Дојч]] на [[Мичигенски технолошки институт|МИТ]], во 1951 година, и го добил името позитрониум.<ref name="DeutschObit" /> Многу последователни експерименти прецизно ги измериле неговите својства и ги потрврдиле предвидувањата на КЕД.  Постоело несовпаѓање познато како ортопозитрониумска загатка поврзана со животниот век,  која опстојувала одреден временски период, но била разрешена со понатамошни пресметки и мерења.<ref>{{наведени вести|url = http://physicsworld.com/cws/article/news/2003/may/28/positronium-puzzle-is-solved|title = Positronium puzzle is solved|last = Dumé |first = Belle|date = May 23, 2003|work = Physics World|accessdate = }}</ref>  Мерењата биле грешни, поради мерењето на животниот век на нетоплинскиот позинтрониум, кој бил произведен само во мали количини. Ова давало животни векови кои биле премногу долги. Исто така пресметките кои користеле реларивистичка КЕД се тешки за пресметување, па затоа добиените решенија биле само од прв ред. Исправките што вклучувале повисоки редови биле пресметани со употреба на нерелативистичка КЕД.<ref name="Kat">{{Наведена мрежна страница|url=https://www.icepp.s.u-tokyo.ac.jp/papers/ps/icepp-report/ut-icepp-08-09.pdf|title=First Test of O(α<sup>2</sup>) Correction of the Orthopositronium Decay Rate|last=Kataoka|first=Y.|last2=Asai|first2=S.|date=9 September 2008|publisher=International Center for Elementary Particle Physics|last3=Kobayashi|first3=t.}}</ref>

== Егзотични соединенија ==
Било предвидено дека постои молекуларното сврзување за позитрониумот.<ref>
{{Наведено списание|last=Usukura|first=J.|last2=Varga|first2=K.|last3=Suzuki|first3=Y.|date=1998|title=Signature of the existence of the positronium molecule|journal=Physical Review A|volume=58|issue=3|pages=1918–1931|arxiv=physics/9804023|bibcode=1998PhRvA..58.1918U|doi=10.1103/PhysRevA.58.1918}}</ref> Добиени се молекули на [[позитрониум хидрид]]  (PsH).<ref>{{Наведена мрежна страница|url=http://www.sc.doe.gov/bes/accomplishments/files/BES_Accomp_FY1992.pdf|title="Out of This World" Chemical Compound Observed|page=9|archive-url=https://web.archive.org/web/20091012090920/http://www.sc.doe.gov/bes/accomplishments/files/BES_Accomp_FY1992.pdf|archive-date=2009-10-12|url-status=dead}}</ref> Позитрониумот исто така, може да формира цијанид и може да создаде врски со халогени елементи или со литиумот.<ref name="Saito">{{Наведено списание|last=Saito|first=Shiro L.|date=2000|title=Is Positronium Hydride Atom or Molecule?|journal=Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B|volume=171|issue=1–2|pages=60–66|bibcode=2000NIMPB.171...60S|doi=10.1016/s0168-583x(00)00005-7}}</ref>

Првото набљудување на [[Дипозитрониум|дипозитриумски]] [[Молекула|молекули]]—молекули составени од два позитрониумски атоми—било објавено на 12 септември 2007 година, од страна на Дејвид Касиди и Ален Милс од [[Калифорниски универзитет|Калифорнискиот универзитет во Риверсајд]].<ref>
{{Наведено списание|last=Cassidy|first=D.B.|last2=Mills|first2=A.P. (Jr.)|date=2007|title=The production of molecular positronium|url=|journal=Nature (journal)|volume=449|issue=7159|pages=195–197|bibcode=2007Natur.449..195C|doi=10.1038/nature06094|pmid=17851519}}</ref><ref>
{{Наведена мрежна страница|url=http://www.physorg.com/news108822085.html|title=Molecules of positronium observed in the lab for the first time|last=|first=|date=|work=|publisher=Physorg.com|archive-url=|archive-date=|dead-url=|accessdate=2007-09-07}}</ref>

== Појава во природата ==
Позитрониумот со високи енергетски состојби се предвидува дека ќе биде доминантен облик на атомска материја во универзумот во далечната иднина, доколку [[Протонски распад|распадот на протоните]] е реалност.<ref name="dying">A dying universe: the long-term fate and evolution of astrophysical objects, Fred C. Adams and Gregory Laughlin, ''Reviews of Modern Physics'' '''69''', #2 (April 1997), pp. 337–372.  {{Bibcode|1997RvMP...69..337A}}.  {{DOI|10.1103/RevModPhys.69.337}} {{arxiv|astro-ph/9701131}}.</ref>

== Поврзано ==

*[[Брејтова равенка]]
*[[Антипротонски хелиум]]
*[[Дипозитрониум]]
* [[Квантна електродинамика]]
*[[Протониум]]
*[[Диракови равенки за две тела]]

== Наводи ==
{{Reflist|30em}}

== Надворешни врски ==
* [http://www.universetoday.com/am/publish/search_positronium.html Барањето за Positronium]
* [http://web.mit.edu/newsoffice/2002/deutsch.html Obituary на Мартин Германски, discoverer на Positronium]
* [http://www.como.polimi.it/positron Мрежно место за positrons, positronium и antihydrogen.] [http://www.como.polimi.it/positron Позитрон Лабораторија, Комо, Италија]

{{particles}}

[[Категорија:Спинтроника]]
[[Категорија:Квантна електродинамика]]
[[Категорија:Молекуларна физика]]
[[Категорија:Субатомски честички]]
[[Категорија:Егзотични атоми]]
[[Категорија:Ониум]]