Positroni

Il positrone è una particella scoperta nel 1933 da Anderson avente massa uguale a quella dell’elettrone e carica positiva uguale in valore assoluto a quella negativa dell’elettrone.

Il positrone è un’antiparticella e come tale, incontrando la particella corrispondente (in questo caso un elettrone) subisce il fenomeno dell’annichilazione ( dal latino nihil = nulla) che comporta la scomparsa simultanea della particella e dell’antiparticella, la cui massa complessiva è interamente convertita in energia, che appare sotto forma di fotoni secondo la reazione:

e+ + e → 2 fotoni γ

le due particelle quindi scompaiono dando vita a due fotoni che si allontanano lungo la stessa direzione ma in verso opposto.

annichilazione

La massa a riposo, mo, del positrone, uguale a quella dell’elettrone, vale 9.107 x 10-28 g e, secondo l’equazione di Einstein sull’equivalenza tra massa e energia, essa corrisponde a un’energia calcolabile con la relazione:

E = moc2 = (9.107 x 10-28 g ) ( 2.998 x 1010 cm/s)2 = 8.189 x 10-7 erg

Poiché 1 eV vale 1.602 x 10-12 ergsi ha:

E = 8.189 x 10-7 erg / 1.602 x 10-12 erg/eV = 5.11 x 105 eV = 0.511 MeV

Di conseguenza l’energia equivalente alla massa a riposo dell’elettrone e del positrone corrisponde a 0.511 MeV e quando entrambe le particelle si annichilano vengono emessi fotoni γ con energia complessiva pari a 0.511 x 2 = 1.022 MeV.

I positroni, denominati anche particelle β+ sono emessi nel decadimento di alcuni nuclei aventi un eccesso di protoni e presentano uno spettro continuo di energie cinetiche analogamente alle particelle β.

Anche nel decadimento β+ l’emissione del positrone avviene simultaneamente a quella di un neutrino e l’energia ΔE della transizione nucleare si distribuisce tra le due particelle in modo che sia sempre verificata la condizione:

ΔE = Eβ + Eν

I positroni hanno pertanto energie cinetiche variabili tra zero e una energia Emax = ΔE in modo esattamente corrispondente alle particelle β. Nel passaggio attraverso la materia i positroni dissipano la loro energia cinetica mediante la creazione di coppie, di ioni e molecole eccitate e mediante emissione di fotoni X. Tuttavia quando la velocità del positrone è sufficientemente ridotta da divenire paragonabile a quella degli elettroni periferici il positrone cattura un elettrone orbitale e forma in tal modo un singolare “atomo” cioè un sistema elettricamente neuro che, dal punto di vista chimico ricorda un atomo di idrogeno in cui al posto del protone vi è un positrone. Tale elemento è stato denominato positronio di cui sono state esaminate le proprietà chimiche oltre che la sua struttura elettronica.

positrone

Lo stato fondamentale del positronio (stato di singoletto o parapositronio) corrisponde a uno stato antiparallelo dagli spin dell’elettrone e del positrone. In tale stato l’energia del legame elettrone-positrone è dell’ordine di 150 kcal/mol e, dopo una vita media di 10-10 s le due particelle si annichilano emettendo in direzioni esattamente opposte, due fotoni γ aventi ciascuno energia di 0.511 MeV che sono l’equivalente energetico delle masse dell’elettrone e del positrone. Lo stato del positronio detto di tripletto od ortopositronio in cui gli spin del positrone e dell’elettrone sono paralleli ha vita media più lunga, circa 10-7  s e nella sua annichilazione vengono prodotti tre fotoni γ aventi sempre energia complessiva di 1.022 MeV.

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Author: Chimicamo

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