Pozitron aynı zamanda antielektron olarak da adlandırılır ve elektronun antimadde karşılığı veya antiparçacığı olan artı yüklü lepton grubuna ait bir parçacıktır. Elektrik yükü +1e, spini 1/2 olan pozitron atom altı parçacığı elektronla aynı kütleye sahiptir. Düşük enerjili pozitron düşük enerjili elektron ile çarpıştığı zaman, iki veya daha fazla gama ışın fotonu (elektron-pozitron yok oluşu) meydana gelir.
Pozitronlar zayıf etkileşimler yoluyla pozitron yayan radyoaktif bozunma tarafından üretilebilir ya da yeterince enerjik bir foton çifti ile de bu sağlanabilir.
Pozitronun Keşfi ve 1936 Yılı Nobel Fizik Ödülü
1928 yılında Paul Dirac elektronların hem pozitif yüke hem de negatif yüke sahip olduğunu öne süren bir makale yayınladı. Bu makalede Dirac denkleminden bahsederek, kuantum mekaniğin, özel göreliliğin ve sonra Zeeman olayını açıklamak için elektron spinin yeni bir kavramını birleştirdi. Bu makalede açıkça yeni bir parçacığın varlığı öngörülmedi ama çözümlerinde elektronların ya pozitif ya da negatif enerjiye sahip olmalarına izin veriliyordu. Bu pozitif enerjili çözüm deneysel verileri açıkladı ama Dirac matematiksel modelin olanak tanıdığı negatif enerjili çözüme şaşırmıştı. Kuantum mekaniği negatif enerjili çözüme izin vermiyordu, klasik mekanikte benzer denklemlerde sık sık olduğu gibi ikili çözüm bir elektronun pozitif ve negatif enerji durumları arasında kendiliğinden atlama olasılığını ima ediyordu. Ancak, böyle bir geçiş henüz deneysel olarak gözlenmemişti. Sonra Dirac bu sorunlar hakkında teori ve gözlem arasındaki bu çatışması çözülemeyen zorluklar olarak bahsetmişti.
Dirac 1929 yılının Aralık ayında bir makale daha yazdı. Bu makalede rölavistik elektron için kaçınılmaz negatif enerji çözümünü açıklamayı denedi. Bir dış elektromanyetik alanda hareket eden negatif enerjili bir elektronun bir pozitif yük taşıdığını düşündü. Tüm uzayın dolu olan negatif enerji durumları denizi olarak kabul edilebileceği fikrini öne sürdü ve böylece pozitif enerji durumları (negatif elektrik yükü) ve negatif enerji durumları (pozitif yük) arasında elektronların atlamasına engel olacağını söyledi. Aslında bu makalede negatif enerjili elektronun tasviri yapılıyordu. Ancak bu parçacığın proton olma olasılığından söz eden Dirac’a karşı Robert Oppenheimer’dan ciddi bir karşı dönüş alındı. Feynman ve Stueckelberg zamanda geriye doğru hareket eden bir elektron olarak pozitron yorumunu ortaya attılar. Çünkü bu Dirac denkleminin negatif enerji çözümleri ile örtüşüyordu. Evet, pozitif elektrik yüklü bir elektron zamanda geriye gidebilmektedir – asla zamanda ileriye gidemez. Aynı elektron gibi özelliklere sahip olmasına karşın sadece elektrik yükü farklıdır.
1929 yılında Dmitri Skobeltsyn ilk kez pozitronu gözlemledi. Wilson bulut odasını kullanırken kozmik ışınlarda gama ışınımını tespit etmeyi denerken, elektronlar gibi davranan ama uygulanan manyetik alanda zıt yönde dönen pozitron parçacığını böylelikle gözlemlenmiş oldu. Sonra çalışmalar devam etti hatta 2 Ağustos 1932 yılında Carl D. Anderson pozitronu resmen keşfetti ve 1936 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı. İşte pozitron ismini veren de Anderson oldu.
Bu buluşun faydalarını günümüzde PET (Pozitron Emisyon Tomografisi), CT (Bilgisayarlı Tomografi), MRI (Magnetik Rezonans Görüntüleme) gibi sağlık alanında insanoğluna patolojik durum ile ilgili anatomik ve morfolojik değişikliklerin görüntülenmesine olanak sağlar.
Sema Nur Yıldırım
Gaziantep Üniversitesi Fizik Mühendisliği Bölümü
Kuark Bilim Topluluğu Popüler Bilim Yayın Grubu