Positronium

Positronium ist ein exotisches Atom bestehend aus einem Elektron und einem Positron. Anschaulich ist es ein Wasserstoffatom, bei dem der Kern (bestehend aus einem Proton) durch ein Positron ersetzt wird. Positronen sind die Antiteilchen der Elektronen.

Es wird zwischen dem Orthopositronium und dem Parapositronium unterschieden. Während beim Orthopositronium die Spins von Elektron und Positron gleichgerichtet sind, der Gesamtspin des Systems also 1 beträgt, sind diese im Parapositronium entgegen gerichtet, wodurch der Gesamtspin 0 ist. Elektron und Positron annihilieren, so dass das Positronium nur eine endliche Lebensdauer hat. Das Parapositronium zerfällt mit einer mittleren Lebensdauer von 0,125 ns in zwei Photonen. Das Orthopositronium kann aus Gründen der Invarianz unter Ladungskonjugation nur in eine ungerade Zahl Photonen zerfallen, aus Gründen der Lorentzinvarianz (Energie-Impulserhaltung) also mindestens drei. Da dieser Prozess weniger wahrscheinlich ist, hat es mit 142 ns eine erheblich längere Lebensdauer.

Dem Physiker Martin Deutsch gelang es im Jahr 1951 am Massachusetts Institute of Technology erstmals, ein Positronium-Atom nachzuweisen. Theoretisch vorhergesagt wurde es 1932 von Carl David Anderson und zum Beispiel von Stjepan Mohorovičić.

Positronium-Verbindungen

Di-positronium

Di-positronium, oder auch Dipositronium, ist ein Molekül, bestehend aus zwei Positronium-Atomen und damit eine Analogie zum Wasserstoffmolekül basierend auf Positroniumatomen. Die Existenz wurde von John Archibald Wheeler bereits 1946 vorhergesagt und theoretisch beschrieben, das Molekül konnte aber erst 2007 von David Cassidy und Allen Mills experimentell hergestellt und nachgewiesen werden.^[1][2]

Positronisches Wasser

Positronisches Wasser ist ein hypothetisches wasserähnliches Molekül, das aus einem Sauerstoffatom und zwei Positroniumatomen besteht. Im Vergleich zum normalen Wasser werden also die Wasserstoffatome durch Positronium ersetzt.

Die Möglichkeit der Existenz von positronischem Wasser wurde erstmals 1998 von Physikern an der amerikanischen Marquette University veröffentlicht. Auf der Grundlage von Monte-Carlo-Simulationen sagten die Forscher vorher, dass positronisches Wasser zwar durchaus existieren kann, jedoch chemisch nicht so stabil wie normales Wasser ist, da die Bindungsenergie nur etwa 30 % so groß ist wie die von Wasser. Außerdem wird eine Annihilationsrate von 4,6 ns⁻¹ vorhergesagt.

Positronisches Wasser wurde bislang in der Praxis noch nicht hergestellt.

Literatur

• N. Jiand, D. M. Schrader: Positronic Water, Ps₂O. In: Physical Review Letters. 81, Nr. 23, 1998, S.5113–5116.
• N. Jiand, D. M. Schrader: Erratum: Positronic Water, Ps₂O. In: Physical Review Letters. 82, Nr. 23, 1999, S. 4735.
• G. Schatz, A. Weidinger: Nukleare Festkörperphysik. 3. Auflage. Teubner Studienbücher, Stuttgart 1997, ISBN 3519230798.
• D. B. Cassidy, A. P. Mills Jr.: The production of molecular positronium. In: Nature. 449, 2007, S. 195–197 (doi:10.1038/nature06094).

Einzelnachweise

1. ↑ Molecules of Positronium Observed in the Laboratory for the First Time. Pressemitteilung, University of California, Riverside, 12. September 2007.
2. ↑ Jonathan Fildes: Mirror particles form new matter. BBC News, 12. September 2007.

Weblinks

• Presse-Information der Max-Planck-Gesellschaft über Positronium-Ionen