En 1928, Dirac predijo la existencia de positrones al resolver la ecuación de Dirac del movimiento relativista de los electrones. En 1932, Andersan descubrió los positrones mientras estudiaba los rayos cósmicos en la Cámara de Nube de Wilson. El positrón es la primera antipartícula descubierta por la humanidad.
Los positrones pueden producirse mediante desintegración beta, reacciones nucleares y aceleradores lineales de electrones, o por la interacción de los rayos gamma con la materia. Cuando la energía de los rayos γ es mayor que el doble de la energía en reposo de los electrones (hνgt; 1,02 Mev), su interacción con la materia producirá un efecto de par de electrones positivo y negativo. Es decir, cuando un fotón γ pasa cerca del núcleo, su energía se absorbe y se convierte en un par de electrones positivos y negativos como se muestra en la ecuación (1).
γ→e e (1)
El positrón es un leptón, que sólo participa en la interacción electromagnética. Excepto por el signo opuesto de la carga, las demás propiedades del positrón (incluidas la masa, la cantidad de carga, el espín y el momento magnético) son las mismas que las del electrón.
Aniquilación de positrones
Cuando una energía de rayos γ superior al doble de la energía en reposo de un electrón pasa cerca del núcleo, su energía es absorbida y convertida en un par de positrones y electrones negativos. . Por el contrario, cuando los positrones y los electrones negativos chocan, las dos partículas mismas se aniquilan y emiten fotones γ, como se muestra en la ecuación (2):
e e→2 γ (2)
Esto El proceso es un proceso típico de electrodinámica cuántica de conversión de masa-energía de Einstein.
Después de que los positrones de alta energía ingresan al material, pierden energía a través de la dispersión inelástica con electrones, átomos o iones, y su energía cinética cae rápidamente a energía térmica. Este proceso se llama termalización, y el tiempo requerido para ello. el proceso de termalización Muy corto (sólo unas pocas Ps, 1Ps = 10–12 S). Los positrones calentados se difunden en el material y son aniquilados cuando encuentran electrones durante el proceso de difusión, produciendo fotones γ. La duración del proceso de difusión varía de un material a otro y está determinada principalmente por la densidad de electrones en el material. El tiempo de residencia de los positrones en el material es el tiempo de vida de aniquilación de los positrones. La vida útil de aniquilación de los positrones está estrechamente relacionada con la densidad de electrones en el material. El rango de positrones en el material depende principalmente de la etapa de termalización y de la densidad del material. En materiales generales, el rango de positrones es de aproximadamente 20 a 300 mm. En el experimento con positrones, para garantizar que los positrones se aniquilen en la muestra sin pasar a través de ella, se requiere que el espesor de la muestra sea de aproximadamente 1 mm.
En diferentes materiales, el mecanismo de aniquilación y la vida útil de aniquilación de los positrones son diferentes, lo que puede reflejar información como la microestructura y la densidad electrónica del material.
El proceso de aniquilación de positrones es un proceso de electrodinámica cuántica, y su análisis teórico requiere de la teoría de la electrodinámica cuántica. Según el análisis de la teoría electrodinámica cuántica y la teoría de campos, se puede ver que durante la aniquilación de positrones y electrones negativos se pueden emitir fotones individuales, dos fotones y tres fotones, pero la probabilidad de emitir dos fotones es la más alta.