Могут ли позитроны притягивать электроны? [дубликат]

Они притягиваются друг к другу и образуют систему, полностью аналогичную атому водорода, называемую позитронием . Затем он аннигилирует как минимум на два фотона. Время полураспада зависит от того, параллельны ли спины (ортопозитроний, 144 нс) или антипараллельны (парапозитроний, 0,12 нс).

Этот распад находит медицинское применение в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).

Между позитроном и электроном действительно существует сила притяжения, но это не обязательно означает, что они столкнутся. Например, между Землей и Солнцем существует сила притяжения, но Земля не собирается столкнуться с Солнцем. Если мы выстрелим позитроном и электроном навстречу друг другу, они будут следовать тем же траекториям, что и мы, если направим друг на друга две массы. В зависимости от их энергии они могли бы пролететь мимо друг друга с некоторым ближайшим расстоянием сближения (условно называемым$b$) или они могут вращаться вокруг друг друга, как в атоме позитрония, описанном my2cts.

Вероятность «реакции» между позитроном и электроном с образованием двух фотонов зависит от того, насколько близко они подходят друг к другу и как долго они остаются рядом друг с другом. В позитронии они находятся на расстоянии примерно боровского радиуса, потому что атом позитрония примерно такого же размера, как атом водорода , и, как говорит my2cts, на этом расстоянии они реагируют примерно за$144$нс. Но предположим, что мы выпустили их навстречу друг другу, так что они прошли друг друга на одинаковом расстоянии, но на этот раз почти со скоростью света. Они бы пролетели мимо друг друга так быстро, что не успели бы среагировать и никакой аннигиляции не произошло бы (точнее, вероятность аннигиляции сильно уменьшилась).

Таким образом, тот факт, что они имеют противоположные заряды, будет определять, насколько близко окажутся позитрон и электрон, и, следовательно, насколько вероятно, что они вступят в реакцию и аннигилируют, чтобы сформировать два фотона. Однако это не означает, что позитрон и электрон всегда будут реагировать.

Наконец, вы спрашиваете, что произошло бы, если бы позитрон и электрон находились в проводнике. Предположительно, вы думаете о позитроне, протекающем по медному проводу и реагирующем с электронами проводимости. Это, очевидно, более сложно, поскольку позитрон взаимодействует со всеми многочисленными частицами вокруг него. Однако в достаточно хорошем приближении частицы ведут себя так же, как и свободные частицы, и вероятность реакции аналогична вероятности для свободных частиц. Однако, конечно, в меди много электронов проводимости, так что даже если вероятность реакции для одного взаимодействия низка (например, если позитрон имеет высокую скорость), большая плотность электронов означает, что позитрон очень быстро аннигилирует.

Согласно закону Кулона,

любая заряженная частица$q_1$воздействует на любую другую заряженную частицу$q_2$(если расстояние между ними не равно бесконечности).

Так что ответ да, позитроны притягиваются электронами, а при столкновении аннигилируют, согласно реакции:

Производится пара фотонов из-за сохранения импульса. Если, например, позитрон и электрон сталкиваются лицом к лицу с примерно одинаковой величиной импульса, то должно выполняться условие:

Но если бы вышел только один фотон, он имел бы ненулевой импульс, вопреки тому, что требует уравнение, поэтому в этом случае возникает пара фотонов, движущихся в противоположных направлениях:

(Бывают случаи, когда может быть создан только один фотон, но это касается третьей заряженной частицы, которой фотон передает избыточный импульс, поэтому диаграмма Фейнмана будет немного другой.)

Да, они абсолютно точно притягиваются друг к другу и аннигилируют при столкновении. Стоит отметить, что обычно они не просто парят в пространстве и медленно дрейфуют друг к другу, позитроны обычно движутся очень быстро (из-за того, как они производятся), и сила притяжения электрона не будет иметь большого значения для свой путь, если только его путь уже не проходил очень близко к электрону.

Это ответ на ваше:

Если притяжение существует, то может ли оно происходить и через проводник?

Что такое электроны и позитроны? Это квантово-механически определенные элементарные частицы в стандартной модели основной физики элементарных частиц. Их взаимодействия смоделированы с помощью квантово-механических решений, как показано в ответах.

Что такое проводники?

Это ансамбли атомов, также определяемые квантово-механически, ~$10^{23}$атомов на моль. Атомы состоят из ядра и ряда электронов в связанном состоянии вокруг ядра, атом имеет нулевой заряд. Проводимость в твердых телах возникает, когда растворы позволяют электронам двигаться в решетке металлов. Позитрон будет иметь очень высокую вероятность немедленного взаимодействия с электроном и исчезнет, ​​как утверждают другие ответы. Нет никакой вероятности, что поле притяжения позитрона к электрону существует через проводник.