পজিট্রোনিয়াম

একটি ইলেক্ট্রন এবং পজিট্রন তাদের ভরের সাধারণ কেন্দ্রের চারপাশে ঘুরছে। একটি রাষ্ট্রের শূন্য কৌণিক ভরবেগ আছে, তাই একে অপরের চারপাশে প্রদক্ষিণ করার অর্থ হল একে অপরের দিকে সোজা হয়ে যাওয়া যতক্ষণ না কণার জোড়া বিক্ষিপ্ত বা ধ্বংস না হয়, যেটি প্রথমে ঘটবে। এটি একটি আবদ্ধ কোয়ান্টাম অবস্থা যা পজিট্রনিয়াম নামে পরিচিত।

পজিট্রনিয়াম ( পিএস ) হল একটি ইলেক্ট্রন এবং এর অ্যান্টি-কণার সমন্বয়ে গঠিত একটি সিস্টেম, একটি পজিট্রন, একটি বহিরাগত পরমাণুর সাথে আবদ্ধ, বিশেষত একটি ওনিয়াম । হাইড্রোজেনের বিপরীতে, সিস্টেমে কোন প্রোটন নেই। সিস্টেমটি অস্থির: আপেক্ষিক স্পিন অবস্থার উপর নির্ভর করে দুটি কণা প্রধানত দুই বা তিনটি গামা-রশ্মি তৈরি করতে একে অপরকে ধ্বংস করে। দুটি কণার শক্তির মাত্রা হাইড্রোজেন পরমাণুর মতো (যা একটি প্রোটন এবং একটি ইলেকট্রনের আবদ্ধ অবস্থা)। যাইহোক, কম ভরের কারণে, বর্ণালী রেখার ফ্রিকোয়েন্সি সংশ্লিষ্ট হাইড্রোজেন রেখার তুলনায় অর্ধেকেরও কম।

রাজ্যগুলি

পজিট্রোনিয়ামের ভর ১.০২২ যা ইলেকট্রন ভরের দ্বিগুণ, কয়েক এর বন্ধন শক্তি বিয়োগ করে। পজিট্রোনিয়ামের সর্বনিম্ন শক্তি কক্ষীয় অবস্থা হল ১এস, এবং হাইড্রোজেনের মতো, এর একটি অতিসূক্ষ্ম কাঠামো রয়েছে যা ইলেকট্রন এবং পজিট্রনের ঘূর্ণনের আপেক্ষিক অভিযোজন থেকে উদ্ভূত হয়।

একক রাষ্ট্র, ¹
S
₀, সমান্তরাল স্পিন সহ (   0, M _s  0) প্যারা -পজিট্রনিয়াম ( পি -পিএস) নামে পরিচিত। এটির গড় জীবনকাল ০.১২৫১১ শক্তির সাথে দুটি গামা রশ্মিতে ০.১২ এবং ক্ষয় পছন্দ করে৫১১ প্রতিটি ( মাঝের ভর ফ্রেমে )। প্যারা -পজিট্রনিয়াম যেকোনো জোড় সংখ্যক ফোটনে (২, ৪, ৬, ...) ক্ষয় করতে পারে, কিন্তু সংখ্যার সাথে সাথে সম্ভাবনা দ্রুত হ্রাস পায়: 4টি ফোটনে ক্ষয়ের জন্য শাখার অনুপাত হল ১.৪৩৯(২) ।

ভ্যাকুয়ামে প্যারা- পজিট্রনিয়ামের জীবনকাল প্রায় $$t_{0}={\frac {2\hbar }{m_{\mathrm {e} }c^{2}\alpha ^{5}}}=0.1244~\mathrm {ns} .$$

ত্রিপলে</i> বলা হয়েছে, ³ S ₁, সমান্তরাল স্পিন সহ ( S  1, এম _এস  −1, 0, 1) অর্থো -পজিট্রনিয়াম ( o -Ps) নামে পরিচিত এবং একটি শক্তি আছে যা সিঙ্গলেটের চেয়ে প্রায় 0.001 eV বেশি। এই রাজ্যগুলির গড় জীবনকাল ১৪২.০৫±০.০২, এবং অগ্রণী ক্ষয় হল তিনটি গামা। ক্ষয়ের অন্যান্য মোড নগণ্য; উদাহরণস্বরূপ, পাঁচ-ফটোন মোডের শাখা অনুপাত ।

ভ্যাকুয়ামে অর্থো -পজিট্রনিয়ামের জীবনকাল আনুমানিকভাবে গণনা করা যেতে পারে: $$t_{1}={\frac {{\frac {1}{2}}9h}{2m_{\mathrm {e} }c^{2}\alpha ^{6}(\pi ^{2}-9)}}=138.6~\mathrm {ns} .$$

তবে O (α ² ) এর সংশোধন সহ আরও সঠিক গণনা ৭.০৪০ এর একটি মান দেয়৭.০৪০ক্ষয়ের হারের জন্য ৭.০৪০ ^{− 1}, জীবনকাল ১৪২ এর সাথে সম্পর্কিত১৪২

২এস অবস্থায় পজিট্রনিয়াম ১১০০ এর জীবনকাল ধরে মেটাস্টেবল১১০০ ধ্বংসের বিরুদ্ধে। এইরকম উত্তেজিত অবস্থায় সৃষ্ট পজিট্রনিয়াম দ্রুত স্থল রাজ্যে নেমে যাবে, যেখানে ধ্বংস আরও দ্রুত ঘটবে।

পরিমাপ

এই জীবনকালের পরিমাপ এবং শক্তির মাত্রাগুলি কোয়ান্টাম ইলেক্ট্রোডাইনামিকসের নির্ভুলতা পরীক্ষায় ব্যবহার করা হয়েছে, যা উচ্চ নির্ভুলতার জন্য কোয়ান্টাম ইলেক্ট্রোডাইনামিকস (QED) পূর্বাভাস নিশ্চিত করে।

বিনাশ বেশ কয়েকটি চ্যানেলের মাধ্যমে এগিয়ে যেতে পারে, প্রতিটি ১০২২ এর মোট শক্তি সহ গামা রশ্মি তৈরি করে১০২২ (ইলেক্ট্রন এবং পজিট্রন ভর-শক্তির সমষ্টি), সাধারণত ২ বা ৩, একটি একক বিনাশ থেকে ৫ পর্যন্ত গামা রশ্মি ফোটন রেকর্ড করা হয়।

একটি নিউট্রিনো -অ্যান্টিনিউট্রিনো জোড়ায় বিনাশও সম্ভব, তবে সম্ভাবনাটি নগণ্য বলে ভবিষ্যদ্বাণী করা হয়। এই চ্যানেলের জন্য ০ - পিএস ক্ষয়ের জন্য শাখা অনুপাত হল ৬.২ ( ইলেকট্রন নিউট্রিনো –অ্যান্টিনিউট্রিনো জোড়া) এবং ৯.৫ (অন্যান্য স্বাদের জন্য) স্ট্যান্ডার্ড মডেলের উপর ভিত্তি করে ভবিষ্যদ্বাণীতে, তবে এটি হতে পারে অ-মানক নিউট্রিনো বৈশিষ্ট্য দ্বারা বৃদ্ধি, যেমন তুলনামূলকভাবে উচ্চ চৌম্বক মোমেন্ট । এই ক্ষয়ের জন্য শাখার অনুপাতের পরীক্ষামূলক উপরের সীমা (পাশাপাশি যেকোনো "অদৃশ্য" কণার ক্ষয়ের জন্য) হল পি -পিএস এর জন্য ৪.৩ এবং ০ -পিএস এর জন্য

শক্তির মাত্রা

মূল নিবন্ধ: বোহর মডেল § ইলেক্ট্রন শক্তির মাত্রা

যদিও পজিট্রনিয়াম শক্তির স্তরের সুনির্দিষ্ট গণনা বেথে-সালপেটার সমীকরণ বা ব্রেট সমীকরণ ব্যবহার করে, পজিট্রনিয়াম এবং হাইড্রোজেনের মধ্যে মিল একটি মোটামুটি অনুমান করতে দেয়। এই অনুমানে, শক্তি সমীকরণে একটি ভিন্ন কার্যকর ভরের কারণে শক্তির মাত্রাগুলি ভিন্ন, পি, (উৎপাদনের জন্য ইলেক্ট্রন শক্তির মাত্রা দেখুন): $$E_{n}=-{\frac {\mu q_{\mathrm {e} }^{4}}{8h^{2}\varepsilon _{0}^{2}}}{\frac {1}{n^{2}}},$$ কোথায়:

q_e হলো ইলেকট্রনের আধানের পরিমাণ (যা পজিট্রনের ক্ষেত্রেও একই), h হলো প্ল্যাঙ্ক ধ্রুবক, ε₀ হলো বৈদ্যুতিক ধ্রুবক (যাকে মুক্ত স্থানের পারমিটিভিটিও বলা হয়), μ হলো হ্রাসকৃত ভর।

এইভাবে, পজিট্রোনিয়ামের জন্য, এর হ্রাসকৃত ভর ইলেক্ট্রন থেকে শুধুমাত্র 2 এর একটি ফ্যাক্টর দ্বারা পৃথক হয়। এটি হাইড্রোজেন পরমাণুর জন্য শক্তির মাত্রার প্রায় অর্ধেক হতে পারে।

তাই পরিশেষে, পজিট্রোনিয়ামের শক্তির মাত্রা দেওয়া হয় $$E_{n}=-{\frac {1}{2}}{\frac {m_{\mathrm {e} }q_{\mathrm {e} }^{4}}{8h^{2}\varepsilon _{0}^{2}}}{\frac {1}{n^{2}}}={\frac {-6.8~\mathrm {eV} }{n^{2}}}.$$

পজিট্রোনিয়ামের সর্বনিম্ন শক্তি স্তর ( n = 1 ) হল −৬.৮ পরবর্তী স্তর হল −১.৭ নেতিবাচক চিহ্ন হল একটি নিয়ম যা একটি আবদ্ধ অবস্থা বোঝায়। পজিট্রনিয়ামকে দ্বি-শরীরের ডিরাক সমীকরণের একটি নির্দিষ্ট ফর্ম দ্বারাও বিবেচনা করা যেতে পারে; কুলম্ব মিথস্ক্রিয়া সহ দুটি কণাকে (আপেক্ষিক) কেন্দ্র-অব-মোমেন্টাম ফ্রেমে ঠিক আলাদা করা যেতে পারে এবং ফলস্বরূপ স্থল-রাষ্ট্র শক্তি জেনেইন শার্টজারের সসীম উপাদান পদ্ধতি ব্যবহার করে খুব নির্ভুলভাবে প্রাপ্ত করা হয়েছে। তাদের ফলাফলগুলি অস্বাভাবিক অবস্থার আবিষ্কারের দিকে পরিচালিত করে। ডিরাক সমীকরণ যার হ্যামিলটোনিয়ান দুটি ডিরাক কণা এবং একটি স্থির কুলম্ব সম্ভাব্যতা নিয়ে গঠিত আপেক্ষিকভাবে অপরিবর্তনীয় নয়। কিন্তু যদি কেউ যোগ করে

পদার্থের গঠন এবং ক্ষয়

একটি পদার্থের একটি তেজস্ক্রিয় পরমাণু একটি বিটা ক্ষয় (পজিট্রন নির্গমন) এর মধ্য দিয়ে যাওয়ার পরে, ফলস্বরূপ উচ্চ-শক্তি পজিট্রন পরমাণুর সাথে সংঘর্ষের মাধ্যমে ধীর হয়ে যায় এবং অবশেষে পদার্থের অনেকগুলি ইলেকট্রনের একটির সাথে ধ্বংস হয়ে যায়। তবে এটি বিনাশ ঘটনার আগে পজিট্রনিয়াম গঠন করতে পারে। পজিট্রন নির্গমন টোমোগ্রাফিতে এই প্রক্রিয়াটির বোঝার কিছু গুরুত্ব রয়েছে। প্রায়:

• ~৬০% পজিট্রন পজিট্রনিয়াম গঠন না করেই একটি ইলেক্ট্রনের সাথে সরাসরি ধ্বংস হয়ে যাবে। ধ্বংসের ফলে সাধারণত দুটি গামা রশ্মি হয়। বেশিরভাগ ক্ষেত্রে পজিট্রন তার অতিরিক্ত গতিশক্তি হারিয়ে পদার্থের সাথে তাপীকরণ করার পরেই এই সরাসরি বিনাশ ঘটে।
• ~১০% পজিট্রন প্যারা -পজিট্রনিয়াম গঠন করে, যা পরে তাৎক্ষণিকভাবে (~০.১২ এনএসে) ক্ষয় হয়, সাধারণত দুটি গামা রশ্মিতে পরিণত হয়।
• ~৩০% পজিট্রনগুলি অর্থো -পজিট্রনিয়াম গঠন করে কিন্তু তারপর বিরোধী ঘূর্ণনের সাথে কাছাকাছি আরেকটি ইলেক্ট্রনকে 'পিক অফ' করে কয়েক ন্যানোসেকেন্ডের মধ্যে ধ্বংস করে। এটি সাধারণত দুটি গামা রশ্মি উৎপন্ন করে। এই সময়ের মধ্যে, খুব হালকা ওজনের পজিট্রোনিয়াম পরমাণু একটি শক্তিশালী শূন্য-বিন্দু গতি প্রদর্শন করে, যা একটি চাপ প্রয়োগ করে এবং মাঝারি মধ্যে একটি ছোট ন্যানোমিটার-আকারের বুদবুদ বের করতে সক্ষম হয়।
• পজিট্রনগুলির মাত্র ~০.৫% অর্থো -পজিট্রনিয়াম গঠন করে যা স্ব-ক্ষয় হয় (সাধারণত তিনটি গামা রশ্মিতে)। পূর্বোক্ত পিক-অফ প্রক্রিয়ার তুলনায় অর্থো -পজিট্রোনিয়ামের এই প্রাকৃতিক ক্ষয় হার তুলনামূলকভাবে ধীর (~১৪০ এনএস ক্ষয়কালীন) হয়, যে কারণে থ্রি-গামা ক্ষয় খুব কমই ঘটে।

ইতিহাস

ইউনিভার্সিটি কলেজ লন্ডনের পজিট্রনিয়াম রশ্মি, পজিট্রোনিয়ামের বৈশিষ্ট্যগুলি অধ্যয়ন করতে ব্যবহৃত একটি ল্যাব।

ক্রোয়েশিয়ান পদার্থবিদ স্টজেপান মোহোরোভিচিক ১৯৩৪ সালে অ্যাস্ট্রোনমিশে নাচ্রিচটেনে প্রকাশিত একটি প্রবন্ধে পজিট্রোনিয়ামের অস্তিত্বের ভবিষ্যদ্বাণী করেছিলেন, যেখানে তিনি এটিকে "ইলেক্ট্রাম" বলে অভিহিত করেছিলেন। অন্যান্য সূত্র ভুলভাবে কার্ল অ্যান্ডারসনকে ১৯৩২ সালে ক্যালটেকে থাকাকালীন এর অস্তিত্বের ভবিষ্যদ্বাণী করেছিলেন বলে উল্লেখ করে। ১৯৫১ সালে এমআইটিতে মার্টিন ডয়েচ পরীক্ষামূলকভাবে এটি আবিষ্কার করেন এবং পজিট্রোনিয়াম নামে পরিচিতি লাভ করেন। পরবর্তী অনেক পরীক্ষা-নিরীক্ষা এর বৈশিষ্ট্যগুলি সঠিকভাবে পরিমাপ করেছে এবং কোয়ান্টাম ইলেক্ট্রোডায়নামিক্সের ভবিষ্যদ্বাণীগুলি যাচাই করেছে।

অর্থো-পজিট্রনিয়াম লাইফটাইম পাজল নামে পরিচিত একটি অসঙ্গতি কিছু সময়ের জন্য বজায় ছিল, কিন্তু আরও গণনা এবং পরিমাপের মাধ্যমে সমাধান করা হয়েছিল। পরিমাপগুলি ভুল ছিল কারণ অথার্মালাইজড পজিট্রোনিয়ামের আজীবন পরিমাপের কারণে, যা শুধুমাত্র একটি ছোট হারে উত্পাদিত হয়েছিল। এটি খুব দীর্ঘ জীবনকাল ফলিয়েছিল। এছাড়াও আপেক্ষিক কোয়ান্টাম ইলেক্ট্রোডায়নামিক্স ব্যবহার করে গণনা করা কঠিন, তাই সেগুলি শুধুমাত্র প্রথম ক্রম অনুসারে করা হয়েছিল। উচ্চতর আদেশের সাথে জড়িত সংশোধনগুলি তখন একটি অ-আপেক্ষিক কোয়ান্টাম ইলেক্ট্রোডাইনামিকসে গণনা করা হয়েছিল।

২০২৪ সালে, নিউক্লীয় গবেষণার জন্য ইউরোপীয় সংস্থা সহযোগিতা ছিল লেজার আলোর মাধ্যমে পজিট্রনিয়ামকে শীতল করার জন্য, এটি পরীক্ষামূলক ব্যবহারের জন্য উপলব্ধ রেখেছিল। পদার্থটি −১০০ ডিগ্রি সেলসিয়াস (−১৪৮ ডিগ্রি ফারেনহাইট) এ আনা হয়েছিল লেজার কুলিং ব্যবহার করে।

বহিরাগত যৌগ

পজিট্রোনিয়ামের জন্য আণবিক বন্ধনের পূর্বাভাস দেওয়া হয়েছিল। পজিট্রনিয়াম হাইড্রাইড (PsH) এর অণু তৈরি করা যেতে পারে। পজিট্রনিয়াম একটি সায়ানাইড গঠন করতে পারে এবং হ্যালোজেন বা লিথিয়ামের সাথে বন্ধন তৈরি করতে পারে।

ডাই-পজিট্রোনিয়ামের প্রথম পর্যবেক্ষণ (পিএস২ ) অণু - দুটি পজিট্রোনিয়াম পরমাণু সমন্বিত অণু - ১২ সেপ্টেম্বর ২০০৭-এ ক্যালিফোর্নিয়া বিশ্ববিদ্যালয়, রিভারসাইড থেকে ডেভিড ক্যাসিডি এবং অ্যালেন মিলস রিপোর্ট করেছিলেন।

মিউনিয়ামের বিপরীতে, পজিট্রনিয়ামের নিউক্লিয়াস অ্যানালগ নেই, কারণ ইলেক্ট্রন এবং পজিট্রনের সমান ভর রয়েছে। ফলস্বরূপ, যখন মিউনিয়াম হাইড্রোজেনের হালকা আইসোটোপের মতো আচরণ করে, পজিট্রনিয়াম হাইড্রোজেন থেকে আকার, মেরুকরণযোগ্যতা এবং বাঁধাই শক্তিতে বড় পার্থক্য দেখায়।

প্রাকৃতিক ঘটনা

প্রাথমিক মহাবিশ্বের ব্যারিয়ন অসামঞ্জস্যতার ঘটনাবলী পরমাণু গঠনের (পজিট্রোনিয়ামের মতো বিদেশী জাত সহ) প্রায় এক-তৃতীয়াংশ পূর্বে ঘটেছিল, তাই তখন কোনও পজিট্রোনিয়াম পরমাণু ঘটেনি।

একইভাবে, বর্তমান সময়ে প্রাকৃতিকভাবে ঘটতে থাকা পজিট্রনগুলি উচ্চ-শক্তির মিথস্ক্রিয়া যেমন মহাজাগতিক রশ্মি -বায়ুমণ্ডলের মিথস্ক্রিয়া থেকে পরিণত হয় এবং তাই ধ্বংসের আগে বৈদ্যুতিক বন্ধন গঠনের জন্য খুব গরম (তাপীয়ভাবে শক্তিশালী)।

বহিঃসংযোগ

• পজিট্রোনিয়ামের বিনাশ - পদার্থবিদ্যার উপর ফাইনম্যান বক্তৃতা
• পজিট্রোনিয়ামের অনুসন্ধান
• পজিট্রোনিয়ামের আবিষ্কারক মার্টিন ডয়েশের মৃত্যুবাণী