Позитроний

Позитроний, 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:

 эв.

Здесь  эв — атомная единица энергии, а  = ¹/_137,03608 — постоянная тонкой структуры ( — Планка постоянная, с — скорость света). Разность энергий DE обусловлена различием взаимодействия магнитных моментов электрона и позитрона в пара- и ортосостояниях, а также специфическим для П. т. н. аннигиляционным взаимодействием.

  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.