positron

Positronen blev forudsagt i 1931 af den engelske fysiker Paul Dirac. Forud for forudsigelsen havde Dirac og en række af tidens store fysikere haft store diskussioner, der sluttelig førte frem til dette resultat.

Historien begyndte i 1928, hvor Dirac udgav en meget berømt artikel, The quantum theory of the electron ('elektronens kvanteteori'. Her indførte han Dirac-ligningen, der danner grundlaget for en stor del af den moderne teori om partikelfysik og atomfysik. Dirac-ligningen giver en kvantemekanisk beskrivelse af partikler som elektroner, der samtidig overholder relativitetsteorien. Dirac bemærkede dog, at ligningen kan løses på to måder: Én, der forudsiger partikler med positiv energi, og én, der forudsiger partikler med negativ energi.

I de efterfølgende år blev dette debatteret, bl.a. med bidrag fra Hermann Weyl og Robert Oppenheimer, og debatten kulminerede med en ny artikel fra Dirac i 1931, Quantised Singularities in the Quantum Field ('kvantiserede singulariteter i kvantefeltet'), hvor han beskrev denne løsning som en ny partikel: en partikel med samme masse som elektronen, men med negativ ladning. Han beskrev også, at partiklen skal annihilere, hvis den kommer i kontakt med en almindelig elektron, og han kaldte den nye partikel for anti-elektronen.

Carl Anderson opdagede herefter positronen i 1932. Dette gjorde han i forbindelse med et eksperiment baseret på kosmisk stråling. Ved at lade kosmisk stråling passere gennem et tågekammer, hvor en magnet placeret ved siden af kammeret afbøjede partiklernes spor afhængigt af deres masse og ladning, kunne han påvise en positivt ladet partikel med samme masse som elektronen. Positronen var hermed født. Anderson modtog Nobelprisen i fysik for denne opdagelse i 1936. Det har sidenhen vist sig, at flere andre fysikere på samme tid – eller tidligere – havde resultater, der kunne have ført til positronens opdagelse, men disse resultater blev aldrig undersøgt til bunds.

Positroner er en fast komponent i moderne partikelfysik, hvor de skabes i kollisionseksperimenter som ved LHC (Large Hadron Collider) på laboratoriet CERN i Schweiz. Ved CERN har der tidligere været en stor dedikeret accelerator LEP, der lod elektroner og positroner kollidere ved høje energier. Sammenlignet med det nuværende eksperiment ved LHC har kollisioner af elektroner og positroner den fordel, at man skaber færre partikler per sammenstød. Det kan derfor være lettere at lave præcise målinger. Til gengæld kan man lade protoner kollidere ved højere energier, fordi deres masse er større.

• elementarpartikler
• antipartikel
• annihilation
• Large Electron Positron Collider