positronMarea Dirac e conceptul care face referire la un model teoretic al vidului printr-o analogie: o mare infinita de particule care poseda o energie negativa. Acest concept a aparut in 1930, cel care l-a propus e fizicianul britanic Paul Dirac. Prin acest termen, se dorea explicarea anomaliilor starilor cuantice de energie negativa care erau formulate de ecuatia Dirac a electronilor relativi. Pozitronul este antiparticula asociata electronului, in fizica nucleara un pozitron este numit si antielectron. Pozitronul are sarcina electrica +1 si spinul 1/2 si are aceeasi masa ca a unui electron. Cand un pozitron cu o energie redusa ciocneste un electron de joasa energie, are loc procesul de anihilare electron-antielectron, generandu-se doi fotoni din spectrul radiatiilor gamma. Acest proces este un exemplu tipic de transformare a masei in energie si respecta principiul echivalentei masa-energie al lui Albert Einstein.

annihilation_web-300x225Atat Dirac, Einstein cat si alti fizicieni de renume, considerau ca pozitronul are legatura cu eterul metafizic.

… odata cu noua teorie a electrodinamicii suntem fortati sa posedam un eter.

-Paul Dirac, „Is There An Aether?”, Nature, v.168, 1951, pag. 906.

Spectrul energiei din ecuatia Dirac formulata in 1928, care e o extensie a ecuatiei lui Schrodinger, a dus la aparitia acestui concept. Desi ecuatia lui Dirac a reusit sa descrie cu succes dinamica electronilor, altceva a atras atentia asupra ei. Ecuatia punea in lumina un aspect interesant: pentru fiecare stare cuantica care poseda o energie pozitiva E, exista o stare antagonica E-. Acest lucru nu inseamna nimic daca ne oprim asupra unui singur electron, energia acestuia e conservata si putem evita introducerea unui electron negativ. Dar atunci cand vorbim de efectele campului electromagnetic, apare o problema. Un electron cu sarcina pozitiva isi va risipi energia, prin emiterea unui flux continuu de fotoni, acest proces poate continua la infinit, electronul trecand in stari energizate tot mai slab. Electronii reali nu se pot comporta asa. De aceea Dirac a adoptat principiului excluderii al lui Pauli.

Electronii sunt fermioni, si se supun principiului excluderii, adica doi electroni nu pot avea aceeasi stare energetica in cadrul aceluisi atom ( cu conditia sa ignoram spinul ). In teoria lui Dirac, „vidul” reprezinta toate starile cu sarcina negativa, excluzand starile pozitive. Asa ca introducerea unui singur electron trebuie sa se faca sub o stare pozitiva, deoarece starile negative sunt toate ocupate. Deci daca electronul pierde energie prin emiterea fotonilor, ii este imposibil sa aiba o scadere a energie sub zero.

Mai este posibila o alta situatie in care toate starile negative de energie sa fie ocupate, cu exceptia uneia. Aceasta „gaura” in marea de electroni negativi, ar reactiona in prezenta campurilor electrice, ca si cum ar fi o particula cu sarcina pozitiva. Initial, particula a fost identificata ca proton. Robert Oppenheimer a indicat faptul ca un electron si „gaura” sa sunt capabili sa se anihileze reciproc, eliberand energia de repaus a electronului sub forma de fotoni energetici, deci atomii stabili nu ar putea exista, daca „gaurile” ar fi protoni. Hermann Weyl a precizat ca o „gaura” ar trebui sa se comporte ca si cum ar avea aceeasi masa ca si electronul, in contrast cu protonul, care e de doua mii de ori mai greu. Aceasta discutie a fost finalizata in 1932, cand a avut loc descoperirea pozitronului de Carl Anderson, descoperire care a confirmat validitatea teoriei lui Dirac.

1 COMENTARIU

LĂSAȚI UN MESAJ