Позитрон
Позитро'н
[от лат. posi (tivus) — положительный и (элек)трон
] (символ е+
), элементарная частица с положительным электрическим зарядом, античастица
по отношению к электрону. Массы (me
) и спины (J
) П. и электрона равны, а их электрические заряды (е
) и магнитные моменты (mе
) равны по абсолютной величине, но противоположны по знаку [me
= 9,10956´10-28
г, J
= 1
/2
(в единицах Планка постоянной
Теоретически существование положительно заряженного «двойника» электрона следует из Дирака уравнения ; эта возможность была указана П. Дираком в 1931. В 1932 К. Д. Андерсон экспериментально обнаружил такую частицу в составе космических лучей и назвал её «П.». Открытие П. имело фундаментальное значение. В отличие от известных к середине 1932 электрона, протона и нейтрона, П. не входил в состав «обычного» вещества на Земле, возникли понятия античастицы и антивещества . Предсказанные Дираком и наблюдённые на опыте в 1933 процессы аннигиляции и рождения пар П.-электрон были первыми убедительными проявлениями взаимопревращаемости элементарных частиц.
П. участвует в электромагнитном, слабом и гравитационном взаимодействиях и относится к классу лептонов . По статистическим свойствам П. является фермионом .
П. стабилен, но в веществе существует лишь короткое время из-за аннигиляции с электронами; например, в свинце П. аннигилируют в среднем за 5×10-11 сек. При определённых условиях, прежде чем аннигилировать, П. и электрон могут образовать связанную систему типа атома водорода — позитроний ; время жизни такой системы порядка 10-7 сек, если суммарный спин электрона и П. равен 1 (ортопозитроний), и порядка 10-10 сек, если он равен 0 (парапозитроний).
П. образуются при взаимопревращениях свободных элементарных частиц (например, распадах мюона , в процессах рождения g-квантами пар П.-электрон в электростатическом поле атомного ядра) и при бета-распаде некоторых радиоактивных изотопов. П., получаемые при бета-распаде и рождении пар, используются для исследовательских целей: изучение процессов замедления П. в веществе и их последующей аннигиляции даёт разнообразную информацию о физических и химических свойствах вещества, например распределении скоростей электронов проводимости, о дефектах кристаллической решётки, о кинетике некоторых типов химических реакций. Один из методов исследования элементарных частиц при сверхвысоких энергиях основан на столкновении встречных пучков ускоренных П. и электронов (см. Ускорители на встречных пучках ).
Лит.: Дирак П. А. М., Принципы квантовой механики, пер. с англ., М., 1960; Новожилов Ю. В., Элементарные частицы, 3 изд., М., 1974; Гольданский В. И., Физическая химия позитрона и позитрония, М., 1968.
Э. А. Тагиров.
Позитроний
Позитро'ний , связанная система частиц — позитрона е+ и электрона е- . Обозначается ps. П. подобен атому водорода, в котором протон заменен позитроном . П. был открыт в 1951 М. Дейчем (США), название предложено в 1945 А. Руарком (США). П. образуется при соударениях позитронов с атомами. Масса П. равна двум электронным, а размеры вдвое превышают диаметр атома водорода. П. может существовать в основном и возбуждённом состояниях. Основной уровень энергии П. за счёт взаимодействия спинов электрона и позитрона расщеплен на 2 подуровня, с разностью энергий между ними 8,41×10-4 эв. Нижний уровень соответствует состоянию с антипараллельными спинами частиц (парапозитроний), а верхний — с параллельными спинами (ортопозитроний). Из обоих состояний происходит аннигиляция позитрона и электрона (см. Аннигиляция и рождение пар ), причём парапозитроний аннигилирует с образованием 2 g-квантов (е+ е- ® 2g) за время 1,25×10-10 сек, а ортопозитроний — с образованием трёх g-квантов (е+ е- ® 3g) за время 1,4×10-7 сек. Различие в двух путях («каналах») аннигиляции связано с тем, что зарядовые чётности парапозитрония и ортопозитрония равны соответственно +1 и —1.
Исследование переходов ортопозитрония в парапозитроний подтвердило теоретические предсказания квантовой электродинамики , которая для разности энергии пара- и ортопозитрония даёт следующее значение:
Здесь
По химическим свойствам П. аналогичен атому водорода и поэтому используется как «меченый атом», за которым можно следить по продуктам его распада. Свойства П. и время его жизни в веществе отличаются от характеристик свободного П. и зависят от свойств вещества. Это позволяет исследовать с его помощью быстрые химические реакции атомарного водорода, время протекания которых сравнимо со временем жизни П., а также др. физико-химическими особенности веществ.
Лит.: Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М., Теоретическая физика, т. 4, ч. 1, М., 1968; Гольданский В. И., Физическая химия позитрона и позитрония, М., 1968.
Л. И. Пономарев.
Позиционная линия
Позицио'нная ли'ния (в навигации и геодезии), линия положения, линия, во всех точках которой некоторая величина, измеренная для определения положения наблюдателя на земной поверхности, имеет то же значение, что и в точке наблюдений. Такими величинами могут быть: 1) расстояния r между известной (опорной) и определяемой точками; в этом случае П. л. имеет форму окружности радиуса r, описанной вокруг опорной точки. 2) Зенитное расстояние z (или высота h ) небесного светила в некоторый момент времени; П. л. — также окружность, описанная на поверхности земного шара сферическим радиусом z = 90 — h вокруг «полюса освещения» этого светила, т. е. точки, в зените которой светило находилось в момент наблюдений. 3) Азимут А направления с опорной точки на определяемую; П. л. — ортодромия, т. е. большой круг поверхности земного шара, проходящая через опорную точку в направлении, соответствующем азимуту А. 4) Азимут с определяемой точки на опорную (например, радиопеленг с корабля или самолёта на радиомаяк); П. л. — сферическая кривая 4-го порядка на поверхности Земли, т. н. линия равного азимута, или изоазимута.