¿Cómo creamos positrones?

Los positrones se forman naturalmente * durante la descomposición radiactiva de ciertos isótopos, incluidos el carbono 11, el potasio 40, el nitrógeno 13, el oxígeno 15, el aluminio 26, el sodio 22, el flúor 18 y el yodo 121.

Así es como se generan los positrones utilizados en una exploración PET.

Los positrones también se pueden crear artificialmente:

Los físicos del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California han utilizado un láser corto y ultraintensivo para irradiar un objetivo de oro de milímetro de espesor y producir más de 100 mil millones de positrones [1].

* Los propios isótopos pueden producirse de manera natural o fabricarse utilizando, por ejemplo, bombardeo de protones de oxígeno-18 para crear flúor-18.

Notas al pie

[1] Positrón – Wikipedia

Hay más de una forma en que esto puede suceder. Básicamente, cualquier interacción de energía lo suficientemente alta que implique una interacción electromagnética o débil puede hacerlo.

Los positrones se pueden producir en colisiones de protones, en desintegraciones beta, en duchas electromagnéticas iniciadas por rayos gamma o electrones energéticos, se pueden producir en desintegraciones de muones, se pueden producir en piones y otras desintegraciones de hadrones. Incluso pueden producirse en desintegraciones nucleares electromagnéticas, un caso famoso de los últimos es la desintegración del primer estado excitado de 6.06 MeV de [matemática] ^ {16} \ text {O} [/ matemática] al estado fundamental. Tanto el estado fundamental como el primer estado excitado son estados [matemáticos] 0 ^ + [/ matemáticos], por lo que está prohibida la emisión de rayos gamma. El modo de disminución principal resulta ser por [math] e ^ + e ^ – [/ math] emisión de par. Es una llamada transición E0.

Teóricamente, si puede hacer un campo eléctrico suficientemente fuerte, creará pares de positrones de electrones a partir del vacío.

Si está preguntando cómo se producen los positrones en términos prácticos, si necesita una fuente de positrones para realizar experimentos en estado sólido o para hacer un haz para un colisionador, existen básicamente dos métodos prácticos. Usted usa una fuente radiactiva que es un emisor de positrones, o crea un haz de electrones de alta energía, lo aplasta contra un objetivo y recoge los positrones aguas abajo del objetivo utilizando un imán de análisis y varios otros imanes para enfriar los positrones y hacer un Bonita viga.

Hay muchas maneras. El sol los produce, algunas sustancias radiactivas los producen, como; carbono-11, nitrógeno-13, oxígeno-15, magnesio-23 y, lo que creo que es más importante, potasio-40. Los plátanos y los humanos tienen una cantidad significativa de potasio-40 en ellos. Un protón en potasio-40 ocasionalmente se descompondrá en un neutrón y emitirá un positrón y un neutrino electrónico.

En el pasado, solía crear muchos positrones indirectamente. Usaría un ciclotrón para acelerar los protones a aproximadamente 11 MeV, luego golpearía esos protones contra varios objetivos. Por ejemplo, si el objetivo contenía el isótopo de nitrógeno [matemático] ^ {15} \ text {N} [/ matemático], un núcleo de nitrógeno capturaría el protón y emitiría un neutrón, convirtiéndolo en el isótopo de oxígeno [matemático] ^ { 15} \ text {O} [/ math]. Podemos escribir esta reacción como:

[matemáticas] ^ {15} _ {7} \ text {N} + {^ {1} _ {1} p} \ rightarrow {^ {15} _ {8} \ text {O}} + {^ {1 } _ {0} n} [/ matemáticas]

Más tarde, el núcleo inestable [matemático] ^ {15} \ text {O} [/ matemático] emitiría un positrón, convirtiéndolo nuevamente en un [matemático] ^ {15} \ text {N} [/ matemático], con un vida media de unos dos minutos:

[matemáticas] ^ {15} _ {8} \ text {O} \ rightarrow {^ {0} _ {1} \ beta} + {^ {15} _ {7} \ text {N}} [/ math]

Ver, por ejemplo, preguntas y respuestas: cómo hacer antimateria