|
Российские физики впервые экспериментально наблюдали следы позитрония в пористом кремнии.
Позитроний — аналог атома водорода, который состоит из электрона и антиэлектрона, то есть позитрона. Такая система живет очень недолго, миллиардные доли секунды и аннигилирует, превращаясь в гамма-кванты. Впрочем, свободный позитрон, влетев в вещество, живет еще меньше. Химические свойства позитрония аналогичны свойствам атома водорода, поэтому его, наблюдая за продуктами распада, используют в качестве своего рода меченого атома.
Бронзовая скульптура «Короткая, бурная жизнь позитрония». Автор — профессор физики Йенс Цорн (Jens Zorn), установлена в Мичиганском университете, США (фото с сайта www.plantext.bf.umich.edu)Физики из Московского института электронной техники (МИЭТ, Зеленоград) и Института теоретической и экспериментальной физики (ИТЭФ, Москва) решили применить позитроний для изучения строения очень перспективного материала — пористого кремния. Из него, например, недавно американские и канадские ученые сделали очень мощную батарейку, которая может работать годами на энергии бета-распада атомов трития. Оказывается, до сих пор никто не смог напрямую наблюдать следы позитрония в таком веществе, хотя многие ученые — в основном из Японии — предполагали, что позитроний там образуется, и в немалом количестве.
Искать позитроний следует, изучая углы разлета пары гамма-квантов, образовавшихся при аннигиляции. Дело в том, что если пара позитрон-электрон покоится, то гамма-кванты летят строго в разные стороны, то есть угол между ними составляет 180 градусов. В противном случае, угол будет слегка, на доли секунды, отличатся от развернутого. Эти отклонения с необходимой точностью и позволяют зафиксировать современные детекторы. Свободные позитроны, обладая высокой скоростью, дают при аннигиляции широкое распределение углов отклонения гамма-квантов. А медленные позитронии, соответственно, дают узкое распределение.
|
Собрав экспериментальную установку, наши ученые сделали образцы кремния с разной пористостью. Кроме того, некоторые образцы выдерживали в растворе хлорида палладия, и металл осаждался на поверхности пор в виде тончайшей пленки. Участие палладия в эксперименте не случайно: этот металл известен своей склонностью к образованию гидридов и, стало быть, должен оказывать свое влияние на судьбу возникших при облучении пористого кремния позитрониев. Так оно и оказалось.
Позитронии в монолитном кремнии если и образуются, то в ничтожном количестве, соответственно никаких узких распределений из общего массива экспериментальных данных выделить не удается. А вот в пористом кремнии такую составляющую выделить удается. Причем их количество весьма велико — вероятность образования такого противоестественного атома из частицы и античастицы доходит до 6%!
«Эти данные служат прямыми доказательствами того, что в порах кремния существуют медленные атомы позитрония, — говорит один из участников работы Е. П. Прокопьев (ИТЭФ). — В дальнейшем мы надеемся связать параметры спектров аннигиляции с размерами пор и их топологией».
Подробнее с исследованием можно ознакомиться в Письмах в Журнал экспериментальной и теоретической физики (ЖЭТФ), том 81, выпуск 11, с. 681–682, pdf-файл (225 К).
