Positronium

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Un électron et positron orbite leur centre commun, le centre de masse. C'est un état fondamental appelé le positronium.

Le positronium est un système quasi stable constitué d'un positron et d'un électron formant ensemble un « atome exotique ». Son ensemble de niveaux d'énergie est similaire à celui de l'atome d'hydrogène, constitué d'un électron et d'un proton (voir hydrogénoïde). Cependant, à cause de sa masse considérablement réduite, les fréquences associées aux raies spectrales sont moins de la moitié de celles des lignes correspondantes de l'hydrogène. La demi-vie du positronium est tout au plus d'environ 100 nanosecondes, son existence se terminant avec une annihilation électron-positron.

Le positronium, comme l'hydrogène, existe en différentes configurations, son état fondamental pouvant être un singulet de spins antiparallèles (s=0, m=0) désigné sous le nom de parapositronium. L'autre cas est un triplet de spins parallèles (s=1, m=-1,0,1) désigné sous le nom d'orthopositronium. Le positronium fut modelisé par une combinaison particulière d'équations de Dirac. Cette équation pour deux particules Dirac avec seulement une interaction mutuelle de Coulomb peut être exactement séparée dans le centre de la quantité de mouvement (relativiste) et l'énergie de l'état fondamentale obtenue par les calculs très précis avec la méthode des éléments finis de Janine Shertzer[1]. One note que l'équation de Dirac dont l'Hamiltonien est composé de deux particules Dirac et un potential Coulomb statique n'a pas la propriété d'invariance relativiste. Par contre si on ajoute des termes d'ordre 1/c2n (ou α2n, ou α est la constante de structure fine), avec n = 1,2…, l'Hamiltonien devient invariant au point de vue relativiste. Seul le terme dominant fut inclus dans les calculs de J. Shertzer. La contribution d'ordre α2 est le terme de Breit. Les scientifiques explorent rarement au-delà du terme de Breit c'est-à-dire de l'ordre α4, puisque l'ordre α3 implique le décalage de Lamb, qui exige le traitement de l'électrodynamique quantique[1].

Molécule de dipositronium[modifier | modifier le code]

Le dipositronium, noté Ps2, a été décrit pour la première fois en 1946. En 2007, des physiciens de l'Université de Californie ont annoncé avoir créé une molécule de dipositronium. Elle est donc composée de deux positrons et de deux électrons. Cette molécule a été créée en envoyant un flux de positrons, auparavant piégés, sur une couche mince de silicium poreux. La durée de vie du dipositronium est de l'ordre de la nanoseconde[2] ce qui fait de lui une molécule très instable. Il se désintègre en émettant un rayonnement gamma. Ce phénomène pourrait être utilisé pour mettre au point de futurs lasers à rayons gamma, qui seraient beaucoup plus énergétiques que les lasers optiques actuels.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. a et b T.C. Scott, J. Shertzer et R.A. Moore, « Accurate finite element solutions of the two-body Dirac equation », Physical Review A, vol. 45, no 7,‎ 1992, p. 4393–4398 (PMID 9907514, DOI 10.1103/PhysRevA.45.4393, Bibcode 1992PhRvA..45.4393S)
  2. Le Figaro – Actualité en direct et informations en continu