Positroia, edo antielektroia,elektroiarenantipartikula da. Elektroiarenspin bera (1/2) eta masa bera dituenleptoia (spin erdia duen partikula) da, baina kontrako karga elektrikoa (+1e) du.Antimateria-partikula bat da eta, elektroi batekin talka egitean,deuseztapena gertatzen da. Talka hori energia baxuetan gertatzen bada, bifotoi edo gehiago ekoizten dira.
Positroiak positroi-igorpenaren desintegrazio erradioaktiboaren bidez sor daitezke (elkarrekintza ahulen bidez), edo, bestela, material batean atomo batekin interakzioan ari den fotoi aski energetiko batetik bikoteak ekoitziz.
1928. urtean,Paul Diracek artikulu bat publikatu zuen,[1] non elektroiak karga positibo eta negatiboa izan dezaketela proposatu zuen. Lan horretan,Diracen ekuazioa aurkeztu zuen. Ekuazio honekmekanika kuantikoaren,erlatibitate bereziaren eta garaian berria zen elektroiarenspinaren kontzeptuak bateratzea zuen helburu,Zeemanen efektua azaltzeko. Hala ere, ez zuen esplizituki partikula berri bat aurresaten, baina elektroiak karga positibo edo negatiboa erantzun bezala izateko aukera eman zuen.Hermann Weylek orduan, artikulu bat argitaratu zuen, energia negatiboaren soluzioaren inplikazio matematikoak eztabaidatuta zituen.[1] Energia positiboaren soluzioak emaitza esperimentalak erakusten zituen, baina Diraci energia negatiboarenak nahasten zitzaizkion, nahiz eta eredu matematikoak soluzioa baliozkotu. Mekanika kuantikoak ez zuen energia negatiboaren soluzioa baztertzen uzten; ebazpen dualak elektroi batek egoera positibo eta negatiboaren artean berezko jauziak egiteko posibilitatea zekarren. Hala ere, horrelako trantsizioak ez dira oraindik esperimentalki behatu.[2]
1929ko abenduan, Diracek elektroi erlatibistarentzako energia negatiboaren soluzio saihestezina azaltzen saiatu zen.[3] Argudiatu zuen: "... energia negatiboa duen elektroi batkanpo-eremu [elektromagnetiko] batean mugitzen da, karga positiboa izango balu bezala". Gainera, espazio guztia beteta zeudenenergia negatiboaren egoeren "itsaso" gisa kontsidera daitekela baieztatu zuen, energia positiboko (karga elektriko negatiboa) eta energia negatiboko (karga elektriko positibo) egoeren artean elektroien jauziak saihesteko. Halaber,protoia itsaso horren irla izatearen posibilitatea aztertzen zuen, eta honek benetan energia negatiboko elektroi bat izan zitekeela. Diracek onartu zuen protoiaren masa elektroiarena baino askoz handiagoa izatea arazo bat zela, baina etorkizuneko teoria batek auzia konponduko zuen "itxaropena" adierazi zuen.[3]
Robert Oppenheimerrek sendo argudiatu zuen protoiak Diracen ekuazioaren energia negatiboko soluzioa izatearen kontran. Hori horrela izanda, hidrogeno atomoak azkar autosuntsituko zirela adierazi zuen.[4] Weylek 1931n erakutsi zuen energia negatiboko elektroiak energia positiboko elektroiaren masa bera izan behar zuela.[5] Oppenheimerren eta Weylen argumentuarekin konbentzituta, Diracek 1931n oraindik behatu gabeko partikula baten existentzia aurresan zuen. Partikula honi "antielektroi" deritzo, eta elektroi baten masa berekoa eta karga kontrakoa zela, eta elektroi batekin kontaktuan egotean haien artean suntsituko zirela adierazi zuen.[6]
Richard Feynmanek, eta lehenagoErnst Stueckelbergek, positroiaren interpretazio bat proposatu zuen, denboran atzerantz mugitzen zen elektroia zela adieraziz,[7] Diracen energia negatiboaren ekuazioaren emaitzak berrinterpretatuz. Denboran atzerantz mugitzen diren elektroiak karga positiboa izango lukete.John Archibald Wheelerek kontzeptu hau aipatu zuen elektroi guztiek partekatzen duten propietate bera azaltzeko,Unibertso-lerro konplexu eta autointersektiboarekin "guztiak elektroi bera direla" iradoki zuen.[8]Yoichiru Nambok geroago hau partikula-antipartikula pareen produkzio eta suntsiduran aplikatu zuen. Gaur egun, denboran atzeranzko ikuspuntua onartzen da beste irudien baliokide gisa, baina ez du zerikusirik "kausa" eta "efektu" termino makroskopikoekin, ez direnak agertzen deskribapen fisiko mikroskopikoan.
Dimitri Skobeltsyn-ek[9] positroiaren aurkikuntzaren oinarria ezarri zuen 1925ean bi ekarpen nagusiren bidez: Wilsonenlaino-ganbera bateaneremu magnetiko bat jarriz, eta baita partikula kargatuenerradiazio kosmikoaren aurkikuntzaren bidez[10]. Azken hau,Carl David Anderson-ek,Nobel Saria irabaztean, aipatu zuen[11]. Horrez gain, 1931n ateratako irudietan, positroiaren antzeko arrastoak ikusi zituen Skobeltsynek, baina garai hartan ez zituen positroi gisa identifikatu.
Bestalde, 1929anCaltech unibertsitateko graduondokoChung-Yao Chao ikasleak, emaitza batzuei erreparatuz,elektroien antzeko portaera zuten partikulak antzeman zituen, baina karga positibodunak. Hala ere, emaitzak ez ziren argiak izan eta ikerketa bertan behera utzi zuten.[12][13][14]
Azkenean, Carl David Andersonek deskubritu zuen positroia 1932ko abuztuaren 2an[15], etaFisikako Nobel Saria irabazi zuen 1936an[16]. Alabaina, positroi hitza ez zuen berak hautatu, Physical Review aldizkariko editoreak baizik, bertan argitaratu baitzuen Andersonek aurkikuntzaren artikulua.
Positroia izan zenantimateriaren existentziaren lehen froga. Horretarako, Andersonek bere esperimentuan izpi kosmikoak laino-ganbera eta berun-xafla batetik zehar igarotzen utzi zituen. Haren inguruan iman bat kokatu zuen, partikulakkargaren arabera alde batera edo bestera kurbatzeko. Positroiek utzitako arrasto ionikoakplaka fotografikoan agertzen ziren, haien kurbadurak elektroien karga-masa erlazioa betetzen zutelarik, baina karga positiboko norabidean.[15]
Geroago, Andersonek adierazi zuen positroia lehenago aurki zitekeela Chung-Yao Chaoren lanari jarraipena eman izan balitzaio. Beste alde batetik,Frédéric etaIrène Joliot-Curie zientzialari paristarrek positroiaren existentziaren froga fotografikoak zituzten gordeta, bainaprotoitzat jo zituzten.[17]
Aldi berean,Patrick Blackett-ek etaGiuseppe Occhialini-k positroia deskubritu zuten Cavendish Laborategian 1932an. Dena dela, aurkikuntzaren argitalpena atzeratzea erabaki zuten eta Anderson aurreratu zitzaien.
β+ desintegrazioan, protoi batetikneutroi bat, positroi bat (e+) etaneutrino bat (e) ekoizteko erabiltzen da energia:
Beta plus desintegrazioa gertatzeko, nukleo umeenlotura-energiaren balio absolutuak nukleo gurasoarena baino handiagoa izan behar du. Bi energia hauen arteko diferentzia da, hain zuzen, protoi batetik neutroi bat, positroi bat eta neutrino bat sortzeko eta partikula berri hauenenergia zinetikoa ekoizteko balio duena.
Protoia eta neutroianukleo atomiko baten osagaiak badira, desintegrazioaren ondoriozelementu kimiko bat beste elementu bat bihurtzen da. Esaterako:
Positroiak egonkorrak dira hutsean; hala ere, baldinmateria arrunta dagoen leku batean badaude, azkar erreakzionatzen dute elektroiekin. Erreakzio honen ondoriozelektroi-positroi deuseztapena gertatzen da.
Elektroi-positroi deuseztapena
Deuseztapen horretan,gamma erradiazioko bi fotoi sortzen dira, kontrako noranzkoetan bidaiatzen dutenak eta energia bera baina kontrako momentua dutenak. Hortaz, materia energia bihurtzen daEinsteinen erlazioaren arabera. [18]
Breit–Wheeler prozesua 1934an deskribatu zuten lehen aldizGregory Breit (1899–1981) etaJohn A. Wheeler-ek (1911–2008)[19]. Bi fotoien talkak elektroi–positroi bikote baten sorrera eragiten du.Energia kontserbatzeaz gain (fotoi bakoitzak gutxienez 511 keV izan behar ditu), karga osoa, zero dena, eta momentuaren kantitatea ere kontserbatzen dira. Ekuazioa honakoa da:
Breit-Wheeler prozesua
Prozesu hau funtsezkoa daastrofisikan, 10 TeV-tik gorako energia dutengamma izpien detekzioa mugatzen duelako, izpi horiek prozesu hau jasaten dutelako.
Bestalde, posiblea da energia handiko fotoi bakar bat elektroi–positroi bikote bihurtzea. Horri Breit–Wheeler prozesu ez-lineala esaten zaio. Ekuazioa honakoa da:
2008ko azaroan, KaliforniakoLawrence Livermore Laborategi Nazionalako fisikariek adierazi zuten ultra intentsitatekolaser motz batekin milimetro batezkourre lamina bat irradiatuz 100 bilioi positron inguru sortu zutela[20]. Deuseztapena baino lehen, positroiek elektroiek bezalako jokabidea dutenez, elektroiak detektatzeko makina bat erabiliz (espektrometro bat) eta honi kontrako kargako partikulak detektatzeko ahalmena ematen zion ekipoa gehituz gai izan ziren positroiak detektatzeko.
2023anCERNak etaOxfordeko Unibertsitateak elkarrekin lan egin zuten esperimentu baterako HiRadMat instalazioan.[21] Honetan milisegundoko durazioa zuten 10 trilioi elektroi-positroi sorta sorrarazi zuten. Hau laborategian lehendabiziko sortutako "bikote plasma" izan zen, beharrezko dentsitatea plasma kolektibo[22] portaera betetzeko zuelako. Etorkizuneko esperimentuek ahalbidetzen dute elektroi-positroi bikote ugari sortzen diren astrofisika-ingurune muturrekoekin lotutako fisika aztertzeko, hala nolagamma izpien eztandak,irrati-uhinen eztanda azkarrak etablazar-jarioak.
Nahiz eta positroiak medikuntzan duten erabilerarengatik ezagunak diren, beste zenbait erabilera dituzte halaber. Positroiak partikula berrien bilaketan eta solidoen analisirako oso erabiliak dira gaur egun.
Positroien igorpen-tomografia, PET (Positron Emission Tomography) izenez ezagutzen dena, medikuntzan diagnostikoak egiteko eta biomedikuntzako ikerketetan erabiltzen den teknika da. Tomografia hauek PET eskanerren bitartez egiten dira eta gorputzaren barruko jarduera metabolikoaren hiru dimentsioko irudi zehatzak sortzen dituzte.[23]
PET bat egiteko, gaixoaren gorputzean konposatu kimiko bat injektatzen da. Konposatu horrek nukleido erradioaktiboak ditu eta hauek bizitza laburreko positroiak igortzen dituzte.Erradionukleido ezberdinak daude: adibidez, karbono-11 (erdibizitza: T½ = 20,4 min), nitrogeno-13 (T½ = 9,96 min), oxigeno-15 (T½ = 2,1 min) eta fluor-18 (T½ = 109,8 min)[24]. Erradionukleidoak desintegratzean, positroiak emititzen dira. Positroi horiek inguruko molekulek dituzten elektroiekin deuseztatzen dira eta bi fotoi igortzen dira. Bi fotoi horiek aldi berean detektatzen dituzte emisio-puntuarekiko aurkako posizioetan daudenhodi fotobiderkatzaileek. Detektagailu hauek lortutako datuak software baten bidez aztertu, integratu eta berreraikitzen dira, eskaneatu nahi diren organoen irudiak sortzeko.[25]
Garun osasuntsu baten irudia
PET tomografia tresna baliotsua bihurtu daminbizia eta minbiziarenmetastasia detektatzeko eta bihotzeko gaixotasunak ebaluatzeko. PET azterketei esker, zientzialariek hobeto ulertu ahal izan dute farmakoek nola eragiten dioten muinari, eta zer gertatzen den ikaskuntzan, hizkuntzaren erabileran eta garuneko zenbait asalduratan, hala nolaiktusean,depresioan etaParkinsonen gaixotasunean. Gainera, zientzialariak lanean ari dira PET tomografiak erabiltzeko moduak aurkitzeko, trastorno neurologikoen eta trastorno mentalen izaera biokimikoa identifikatzeko eta pazienteengan tratamenduaren eraginkortasuna zehazteko. PET tomografiei esker deprimitutako pertsonen muinean aldaketa esanguratsuak gertatu direla jakinarazi da, eta aldaketa horien kokapena ezagutzeak depresioaren zergatiak ulertzen eta tratamendu espezifikoen eraginkortasuna monitorizatzen laguntzen die ikertzaileei.[25]
Ioien azeleragailu zirkularraren (ziklotroiaren) 1934. urteko patentea
Partikula-azeleragailuen esperimentu mota batzuek positroiak eta elektroiakabiadura erlatibistetan talka egitea eragiten dute. Inpaktu handiko energiak eta materia-antimateria kontrako hauek elkar deuseztatzeak askotariko partikula subatomikoen iturria sortzen dute. Fisikariek talka horien emaitzak aztertzen dituzte, iragarpen teorikoak frogatzeko eta partikula mota berriak bilatzeko. Esaterako,ALPHA esperimentuak positroiak etaantiprotoiekin konbinatzen dituantihidrogenoaren propietateak aztertzeko.[26]
Materialen ikerketan, positroia deuseztatzekoespektroskopia (PAS) izeneko tresna esperimental bat erabiltzen da material solido baten barruan dentsitatearen aldaketak, akatsak, desplazamenduak edo baita hutsuneak ere detektatzeko.[27]
Dudarik gabe positroiakIsaac Asimovek sortutako roboten eleberrietan ospea lortu zuen. Partikula hau funtsezkoa izan zen bidezidor positronikoak fabrikatzeko, non bertan programatuko zen gero robota, neurona mekanikoen ordez. Oro har, bidezidorrak lotu eta kontu handiz kokatzen ziren buruan. Egileak bizirik zegoela onartu zuen partikula hori burmuin robotikoen oinarri gisa hartu zuela, duela gutxi deskubritu baitzen, garaiko irakurleen interesa erakartzeko.
Halaber, positroia sail desberdinetan erabili zen, arma eta botereen energia-iturri gisa:
Digimon Adventure 02an, Imperialdramon izeneko Digimonak "Laser Prositroniko" erasoa erabiltzen du.
↑Dirac, Paul Adrien Maurice. (1997-01). «The quantum theory of the electron»Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character 117 (778): 610–624. doi:10.1098/rspa.1928.0023. (kontsulta data: 2025-11-12).
↑abDirac, Paul Adrien Maurice. (1997-01). «A theory of electrons and protons»Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character 126 (801): 360–365. doi:10.1098/rspa.1930.0013. (kontsulta data: 2025-11-12).
