Positronio

positronio - Wikilingue - Encydia

O positronio (Ps) é um sistema cuasiestable formado por um elétron e seu antipartícula, o positrón, unidos formando um átomo exótico. A órbita de ambas partículas e os níveis energéticos são similares ao do átomo de hidrógeno (formado por um protón e um elétron). Mas devido à diferente massa reduzida do sistema, as frequências associadas às linhas espectrales são menos da metade que no hidrógeno.

Detalhes

O positronio é instável, com um período de semidesintegración de uns 10^-7 segundos (100 nanosegundos). A aniquilación positrón-elétron em um átomo de positronio isolado dá lugar geralmente a dois ou três fotones gama, dependendo do espín do átomo de positronio, com uma energia total de 1022 keV. Se o positronio se desintegra em presença de outra partícula, como um elétron, que adquira parte do momento relativista, é possível a desintegração em um único fotón gama. Experimentalmente observaram-se até 5 fotones, confirmando as predições da electrodinámica cuántica até uma ordem muito alta.

O positronio, como o hidrógeno, pode ter várias configurações: o nível fundamental pode ser um estado singlete com espines antiparalelos (S = 0, M_S = 0), o parapositronio, com um símbolo ¹S₀. Este estado pode existir até 10^-10 segundos, com uma vida média de 125 picosegundos. A outra configuração possível, o estado triplete, com espines paralelos (S = 1 e_{M S} = −1, 0, 1) é conhecida como ortopositronio (³S₁), e pode existir até 10^-7 s, com uma vida média de 140 nanosegundos.

Níveis energéticos

As semelhanças entre o positronio e o átomo de hidrógeno estendem-se inclusive até a equação que indica, de forma aproximada, os níveis energéticos. Os níveis energéticos de ambos sistemas são diferentes devido às diferenças de m * (massa reduzida), usada na equação de energia:

$E_n = \frac{-m^* q_e^4}{8 h^2 \epsilon_{0}^2} \frac{1}{n^2} \,$

$q_e$ é o ónus elementar do elétron (a mesma que o positrón).

$h$ é a constante de Planck.

$\epsilon_{0}$ é a permitividad do vazio.

$m^*$ é a massa reduzida.

A massa reduzida neste caso vem dada por:

$m^* = {{m_e m_p} \over {m_e + m_p}} = \frac{m_e^2}{2m_e} = \frac{m_e}{2}$

onde

$m_e$ e $m_p$ são, respectivamente, as massas do elétron e do positrón, exactamente a mesma.

Para o positronio, a massa reduzida só se diferencia da massa em repouso do elétron em um factor 2. Este facto é a causa de que os níveis energéticos para o positronio sejam aproximadamente a metade que para o hidrógeno.

Assim, os níveis energéticos do positronio vêm dados por:

$E_n = \frac{1}{2} \frac{-m_e q_e^4}{8 h^2 \epsilon_{0}^2} \frac{1}{n^2} = \frac{-6.8 \ \mathrm{eV}}{n^2} \,$

O nível energético inferior para o positronio (n = 1) é de −6.8 eV. O seguinte nível energético (n = 2) é de −1.7 eV.

História

Em 1934 o cientista croata Stjepan Mohorovičić predisse a existência do positronio em um artigo publicado em

Astronomische Nachrichten, no qual chamava à substância "electrum",^[1] ainda que outras fontes assinalam que Carl Anderson já tinha predito sua existência em 1932.^[2]

Foi descoberto experimentalmente em 1951 por Martin Deutsch, do MIT.

Em 2005 Allen Mills e David Cassidy, da Universidade de Califórnia (Riverside), estabeleceram a hipótese de que moléculas de positronio ( poder-se-iam formar sobre a superfície do silício.

O 12 de setembro de 2007, Allen Mills e David Cassidy, da Universidade de Califórnia (Riverside) comunicam que utilizando um filme de silício têm conseguido atrapar suficientes positrones para criar simultaneamente uma quantidade grande de átomos de positronio para que se combinem e formem dipositronio, ou moléculas de duas positronios. Cassidy e Mills indicam que é possível combinar milhões de átomos de positrones para criar um condensado de Bose-Einstein que ao desintegrarse formem um laser de aniquilación de raios faixa de alta energia, ao redor de um milhão de vezes superior à dos lasers actuais.

Veja-se também

Referências na vida quotidiana

No comic 'Danger Girl: Kamikaze' o positronio é a partícula atómica utilizada pelo exército nazista na Segunda Guerra Mundial em colaboração com o Império japonês para desenvolver a primeira bomba de antimateria.