El positró fou detectat per primera vegada pel físic estatunidencCarl David Anderson (1905-1991) quan estudiava emprant unacambra de boira la composició delsraigs còsmics el 1932.[2][3] Fou la primera antipartícula a ser descoberta. El descobriment del positró proporcionà una explicació a un aspecte teòric dels electrons predit pel físic britànicPaul A.M. Dirac (1902-1984). L'equació d'ona de Dirac (1928), que incorpora lateoria de la relativitat especial en l'equació de Schrödinger que descriu els estats d'energia permesos de l'electró, genera estats d'energia negativa aparentment superflus que no havien estat observats. El 1931, Dirac postulà que aquests estats podrien estar relacionats amb un nou tipus de partícula, l'antielectró.[4]
Els positrons s'emeten durant la desintegració β+ de nuclis radioactius rics en protons (amb dèficit de neutrons). Unprotó es transforma en unneutró, un positró i unneutrí electrònic segons l'equació:. El nucli atòmic pareX es transforma en un nucli atòmic fillY del mateixnombre màssic A (nuclis isòbars) i unnombre atòmic Z una unitat inferior (Z – 1).[5] Per exemple:
Un positró que es genera en unadesintegració β+ aviat es topa amb un electró de la matèria circumdant produint-se l'anihilació d'ambdós i general un parell defotons que surten en sentits oposats per la conservació del moment lineal oquantitat de moviment.
Els positrons són estables en el buit; tanmateix, si es troben en un lloc on hi ha matèria ordinària reaccionen ràpidament amb elselectrons mitjançant l'anihilació, produint dosfotons deradiació γ que surten en sentits oposats i que tenen la mateixa energia i quantitats de moviment de sentits contraris. La matèria es transforma en energia segons la relació d'Einstein.[5]
Procés Breit-Wheeler no-lineal. Un únic fotó d'energia superior a 1,022 MeV, es pot materialitzar en un parell electró-positró d'energia 0,511 MeV cadascun.En el procés Breit-Wheeler el xoc de dos fotons dona lloc a un parell electró-positró.
El procés anomenat deBreit-Wheeler fou descrit per primera vegada el 1934 pels físics estatunidencsGregory Breit (1899-1981), d'origen rus, iJohn A. Wheeler (1911-2008).[6] Es tracta del xoc de dos fotons que dona lloc a la generació d'un parell electró-positró. Es conserva l'energia (cada fotó ha de tenir un mínim de 511 keV), la càrrega total, que és zero, i la quantitat de moviment. L'equació és:
Aquest procés és fonamental enastrofísica, ja que limita la detecció deraigs γ d'energia superior al 10 TeV, que sofreixen aquest procés.
Per altra banda, és possible que un sol fotó d'alta energia es materialitzi en un parell electró-positró. S'anomena procés Breit-Wheeler no-lineal. L'equació és:
Aquest efecte, anomenatefecte Schwinger o efecte Sauter-Schwinger, és un procés que normalment es produeix només en esdeveniments còsmics. El 2022 un equip de recerca internacional utilitzaren grafè per imitar la producció de Schwinger d'uns parells d'electrons i positrons.[11] En el buit poden aparèixer parells de partícules virtuals, per exemple un electró i un positró, gràcies alprincipi d'indeterminació de Heisenberg. Normalment, aquestes partícules es recombinen i es recupera el buit. Però si hi ha un camp elèctric, les partícules se separen, ja que tenen càrregues elèctriques contràries, i prenen existència real.[12]
Elprocés de Bethe-Heitler fa referència a un tipus d'interacció de partícules modelada pels físics alemanysHans Bethe (1906-2005) iWalter Heitler (1904-1981) durant la dècada de 1930, que pot ser una mena de producció de parelles electró-positró que es produeix quan un fotó passa a prop d'unnucli atòmic. Quan l'energia d'un fotó és superior a 1,02 MeV (raigs γ) i passa prop del nucli d'un àtom és sotmès a un intens camp elèctric dels protons del nucli, i pot desaparèixer de manera sobtada com a fotó i transformar-se en un parell electró-positró ambenergies cinètiques iguals a.[13]
Elsraigs còsmics són el terme emprat per a la radiació d'alta energia que arriba a la Terra des de l'espai. Alguns d'ells tenen energies ultra altes dins de l'interval de 100 a 1 000 TeV. Aquestes energies extremes provenen només d'unes poques fonts, com araCygnus X-3. El màxim de la distribució d'energia és d'aproximadament 0,3 GeV. Prop del 90 % dels raigs còsmics que impacten a l'atmosfera terrestre sónprotons (nuclis d'hidrogen), i el 9% sónpartícules α. Les col·lisions dels raigs còsmics amb les molècules de l'aire a la capa superior de l'atmosfera produeixen cascades de partícules més lleugeres. Es produeixenpions i kaons que decauen, generantmuons. Els muons conformen més de la meitat de la radiació còsmica al nivell del mar, mentre que la resta està principalment formada per electrons, positrons i fotons que provenen d'esdeveniments en cascada.[14]
Aquests positrons foren els primers que es descobriren. La seva detecció fou realitzada pel físic estatunidencCarl David Anderson (1905-1991) quan estudiava, emprant una cambra de boira, la composició dels raigs còsmics el 1932.[2][3]
Elsmuonssón semblants als electrons, són leptons, però 207 vegades més massius. També existeix un antimuó amb càrrega positiva. Els muons tenen unasemivida molt curta de tan sols 2,2 μs. Els muons positius es desintegren en un positró, un neutrí electrònic i un antineutrí muònic:[15]
Elspions, partícules formades per dos quarks, també es poden desintegrar emetent positrons, a més d'altres partícules. Per exemple:
Latomografia per emissió de positrons (PET) és una tècnica d'imatgeria utilitzada en el diagnòstic i la investigació biomèdica. S'injecta en el cos del pacient un compost químic marcat amb unradionúclid que emet positrons de vida curta, com ara carboni 11 (període de semidesintegració T½ = 20,4 min), nitrogen 13 (T½ = 9,96 min), oxigen 15 (T½ = 2,1 min) o, en substitució de l'hidrogen, fluor 18 (T½ = 109,8 min).[16] A mesura que el radionúclid es desintegra, s'emeten positrons que són anihilats pels electrons de les molècules dels voltants, donant lloc a dos fotons γ que són detectats simultàniament per les combinacions defotomultiplicadors-centellejadors situats en posicions oposades respecte del punt d'emissió. Les dades obtingudes pels detectors són analitzades, integrades i reconstruïdes mitjançant un programari per produir imatges dels òrgans que es volen escanejar.[17]
La PET s'ha convertit en una eina valuosa per a la detecció delcàncer i lametàstasi del càncer, així com per a l'avaluació de les afeccions cardíaques. Els estudis de PET han ajudat els científics a comprendre millor com afecten els fàrmacs al cervell i què succeeix durant l'aprenentatge, l'ús del llenguatge i certs trastorns cerebrals, com l'ictus, ladepressió i lamalaltia de Parkinson. A més, els científics treballen per trobar maneres d'utilitzar la PET per identificar la naturalesa bioquímica dels trastorns neurològics i els trastorns mentals, així com per determinar l'eficàcia del tractament en els pacients. La PET ha revelat canvis significatius en el cervell de les persones deprimides, i conèixer la ubicació d'aquests canvis ajuda els investigadors a comprendre les causes de la depressió i monitorar l'eficàcia dels tractaments específics.[17]
