ΠΟΖΙΤΡΟΝΙΟ
Από το 1911 ο Victor Hess χρησιμοποίησε τις πτήσεις με αερόστατα που είχαν ανιχνευτές, για να μετρήσει την ακτινοβολία της ατμόσφαιρας. Ανακάλυψε ότι η πυκνότητά της σε ύψος 5000m, είναι ως και πέντε φορές μεγαλύτερη σε σχέση με αυτήν στην επιφάνεια της θάλασσας. Επομένως η ακτινοβολία αυτή προέρχεται από το Διάστημα. Ο Robert Millikan πίστευε ότι η ακτινοβολία αυτή ήταν ηλεκτρομαγνητική και της έδωσε την ονομασία κοσμικές ακτίνες. Ωστόσο, τα πειράματα έδειξαν ότι επηρεάζεται από το μαγνητικό πεδίο της Γης, δηλαδή αποτελείται από φορτισμένα σωματίδια.
Τα περισσότερα από αυτά τα σωματίδια είναι πρωτόνια. Μερικά είναι πυρήνες βαρέων στοιχείων (έχουν ανιχνευτεί ακόμα και πυρήνες ουρανίου), καθώς και ηλεκτρόνια μεγάλης ενέργειας.
Τυπικά έχουν ενέργειες από 1 έως 10 GeV, αλλά κάποιες στιγμές φτάνουν και σωματίδια πολύ μεγάλης ενέργειας (μέχρι και 2 x 107 GeV) που προσκρούουν σε πρωτόνια και παράγουν εκατοντάδες σωματίδια. Η φύση και η πηγή των κοσμικών ακτίνων αποτελεί ένα μυστήριο.
Το 1932 ο Carl Anderson στο πανεπιστήμιο Caltech παρατήρησε ένα νέο σωματίδιο στην κοσμική ακτινοβολία. Το σωματίδιο είχε την μάζα του ηλεκτρονίου, αλλά αντίθετο φορτίο. Είχε ανακαλύψει ένα αντι-ηλεκτρόνιο, ένα θετικό ηλεκτρόνιο, που το ονόμασε ποζιτρόνιο (positive electron ή “positron” ). Ήταν το πρώτο παράδειγμα αντιύλης, ένα αντισωματίδιο που είχε την ίδια μάζα, αλλά αντίθετες ιδιότητες από εκείνες του συνηθισμένου σωματιδίου.
Η πλάκα μολύβδου, πάχους 6mm, στην διαδρομή της τροχιάς σηματοδοτεί ένα σωματίδιο που κινείται από κάτω προς τα πάνω (χάνει ενέργεια και καμπυλώνει η τροχιά του περισσότερο), θετικά φορτισμένο (από την εκτροπή του στο μαγνητικό πεδίο) και ελαφρύτερο από ένα πρωτόνιο.
Το 1933 η Irene και ο Frédéric Joliot-Curie ανακάλυψαν ότι μερικοί ατομικοί πυρήνες μπορούσαν να γίνουν σταθερότεροι με την μετατροπή ενός πρωτονίου (p) σε νετρόνιο (n)
p → n + e+ + ve
και την ταυτόχρονη εκπομπή ενός ποζιτρονίου (e+) και ενός νετρίνου (ve ) (ραδιενεργός β-διάσπαση).
Είχαν δει τα ποζιτρόνια, αλλά δεν μπόρεσαν να τα αναγνωρίσουν.
Τα ποζιτρόνια σχηματίζονται μαζί με ηλεκτρόνια, όταν ένα φωτόνιο μεγάλης ενέργειας μετατρέπεται σε ύλη.
Με τον τρόπο αυτό, την λεγόμενη δίδυμη γέννηση, σχηματίζονται τα ποζιτρόνια στις κοσμικές ακτίνες.
Ένα φωτόνιο με την κατάλληλη ενέργεια μετατρέπεται σε ένα ζεύγος ηλεκτρονίου – ποζιτρονίου :
γ → e– + e+
Μόλις ένα ποζιτρόνιο συναντήσει ένα ηλεκτρόνιο, αλληλοκαταστρέφονται και η μάζα τους μετατρέπεται σε ενέργεια. Η διεργασία αυτή, που είναι αντίστροφη της δίδυμης γέννησης, ονομάζεται εξαΰλωση.
Τα ποζιτρόνια χρησιμοποιούνται και στην ιατρική. Ποζιτρόνια που παράγονται από τις ραδιενεργές β-διασπάσεις ενός σκιαγραφικού που χορηγείται στον ασθενή, αποτελούν το υλικό με το οποίο γίνονται στα νοσοκομεία οι σαρώσεις του εγκεφάλου (Positron Emission Tomography ή PET).
Η τεχνική βασίζεται στην ανίχνευση των φωτονίων που παράγονται από την εξαΰλωση των ποζιτρονίων με τα ηλεκτρόνια του εγκεφάλου. Παράγονται δύο φωτόνια που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις και ανιχνεύονται από ειδικό ανιχνευτή.
