Elektronun Anti-Parçacığı Olan Karizmatik Madde: Pozitron
Nedir, ne değildir?
Pozitron, elektronun karşı parçacığı olan artı yüklü leptondur. Varlığı deneysel olarak kanıtlanmadan önce bir hipotez olarak ortaya atılmıştı. 1928'de İngiliz fizikçisi Paul Dirac, Schrödinger denklemini genişletti. Dirac'ın amacı Schrödinger denkleminin görelilik teorisiyle uyumlu hale getirmekti ama daha fazlasını elde etti. Dirac'ın denklemi spin kuantum sayısını s=½ olarak veriyordu ve böylece elektron spini öngörülmüş oluyordu.
Dirac denklemi elektrona uygulandığında, yükü +e olan ikinci bir parçacığın da aynı denklemi sağlayacağı görüldü. Yükü pozitif olarak bilinen tek parçacık proton olduğundan, Dirac önce yazdığı denklemin protonuda kapsadığını zannetti. Fakat kısa sürede, +e yüklü bu parçacığın elektronla aynı kütleli ve aynı spinli olması gerektiği anlaşıldı. Bugün bu parçacığın "pozitron" olduğunu biliyoruz. (pozitif elektron da denir), 1932 yılında Amerikalı fizikçi Carl David Anderson tarafından kozmik ışınlarla gözlenmiş ve keşfedilmiştir. kaynak
pozitron, elektronun antiparçacığıdır
frank close'un antimatter'da bahsettiğine göre; elektronlar ve protonların haricindeki parçacıklar hakkında bilgi sahibi olunmayan dönemlerde, dirac pozitronların varlığını öngördüğünde, bunun fantastik olduğu düşünülmüştü. dirac denklemleri antimaddenin varlığına işaret ediyordu lakin "nerede bu antimadde?" sorusuna dirac ilk etapta düzgün bir yanıt veremedi. haliyle "proton, anti-elektron olabilir." dedi fakat bu pek mantıklı değildi. zira meşhur "fly in the cathedral" metaforundan da bilindiği üzere elektronun kütlesi oldukça azdır. proton ile kıyaslanamaz.
buradaki mantıksızlığı gören, manhattan project'teki ünü ile hatırlanan oppenheimer olmuştu. eğer proton, elektronun antiparçacığı olsa idi hidrojen kendi kendisini yok ederdi. dirac gelen eleştirileri ciddiye aldı ve elektron ile aynı kütleye sahip olan bir pozitron fikri ilk defa bu şekilde ileri sürüldü.
işin komik tarafı şu: dirac teorisini geliştirmeden 5 yıl önce pozitronlar aslında zaten gözlemlendi, yalnızca tanımlanamadı.
leningrad'da bir fizikçi olan dmitry skobeltzyn, gamma ışınlarını inceliyordu. (buraya the big bang theory'deki leningrad politechnika esprisini iliştirmek istiyorum) elektronlar ve gammalarla oynayayım derken, yaptığı deneyde beklenmedik bir şeyler ortaya çıktı: pozitronlar yani anti-elektronlar.
öncelikle bir yanlış anlaşılmayı düzeltelim: madde ve antimadde birbirini "yok" etmemektedir. gerçekleşmekte olan şey dönüşümdür. anhilasyon dediğimiz şey, bir parçacık ile onun antiparçacığının çarpışması sonucu yeni parçacıkların ortaya çıkışını ifade eder.
anhilasyona verilen en klasik örnek elektron ve pozitronun çarpışmalarıdır. çarpışmanın sonucunda 2 quantalık (quantum sözcüğü, fiziksel bir şeyin mümkün olan minimum miktarı anlamına gelirken quanta sözcüğü, quantumun latincedeki çoğul hâlidir) bir gamma radyasyonu açığa çıkar. pozitron, yani anti-elektron, elektron ile aynı kütle (0.511 mev) ve spine (1/2) sahip iken pozitronun yükü elektronun yüküne zıttır. çarpışma yüksek enerjili olduğunda farklı, düşük enerjili olduğunda farklı sonuçlar ortaya çıkmaktadır. düşük enerjili olduğunda çoğunlukla gamma fotonları, yüksek enerjili olduğunda ise mezonlar gibi başka parçacıklar salınabilmektedir.
tabii bunlar skobeltzyn'in deney yaptığı dönemde anlaşılamamış. daha da komiği, gammalı, elektronlu ve "ne olduğu belirsiz bulgularla dolu" olan deneyin üzerinden 5 yıl geçtikten sonra skobeltzyn cambridge'deki uluslararası konferansa katılıyor ve elde ettiği görüntüleri sunuyor. tam o sene de dirac, anti-elektron teorisini ortaya atıyor. ne yazık ki 1928'de aradaki bağlantıyı kurabilen olmuyor ve skobeltzyn ödül mödül alamıyor.
bugün pozitronlar, en çok tıpta işimize yarıyorlar. (bkz: pozitron emisyon tomografisi/@highpriestess) pozitron emisyon tomografisi nice kanserlerin, nice beyin hastalıklarının teşhisine yardımcı oluyor.