Positron

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Positron
PositronDiscovery.jpg

Trace laissée par le premier positron détecté, photographié le 2 août 1932 dans une chambre à brouillard.

Propriétés générales
Classification
Composition
élémentaire
Famille
Fermion
Propriétés physiques
Masse
510,998 918 (44) keV/c²
(9,109 382 6(16)×10-31 kg)
Charge électrique
+1,60217653(14)×10-19 C
Charge de couleur
0
Spin
½
Durée de vie
instable

En physique des particules, le positron ou positon[1], encore appelé antiélectron, est l'antiparticule associée à l'électron. Il possède une charge électrique de +1 charge élémentaire (contre -1 pour l'électron), le même spin et la même masse que l'électron. C'est la première antiparticule découverte, ce qui explique qu'elle n'ait pas le nom composite d'« anti-électron ».

Description[modifier | modifier le code]

La théorisation de cette particule fut provoquée par l'écriture par Paul Dirac, en 1928, d'une équation relativiste décrivant l'électron. Cette équation, appelée maintenant équation de Dirac, admet des résultats dont une part correspond à l'électron, alors qu'une autre, inverse, ne semblait pas, à l'époque, avoir de sens immédiat. En 1929, Dirac proposa la possibilité que cette part soit la description des protons, qui seraient donc les particules inverses des électrons[2]. Cette tentative d'explication fut abandonnée rapidement, et en 1931, Dirac proposa de considérer l'existence d'une nouvelle particule, le positron[3].

En 1932, Carl David Anderson annonça les résultats de ses recherches sur les rayons cosmiques : ses photographies prises dans une chambre à brouillard montraient quantité d'électrons, ainsi que quelques traces qui semblaient correspondre à des particules proches des électrons, mais à la charge opposée. Des expérimentations en laboratoires permirent ensuite de découvrir ces positrons.

Dans le vide, le positron est une particule stable. Mais en traversant la matière, quand un positron de basse énergie entre en collision avec un électron de basse énergie, les deux s'annihilent, c'est-à-dire que leur masse est convertie en énergie sous forme de deux photons gamma.

Un positron peut être le produit de désintégration d'un noyau radioactif. Il s'agit alors d'une désintégration β+.

Un positron peut être créé lors de l'interaction d'un photon d'énergie supérieure à 1,022 MeV avec un noyau atomique (2mec² = 2×0,511 MeV, où me est la masse d'un électron, et c la vitesse de la lumière). Ce processus s'appelle production de paires (voir Rayon gamma), car deux particules (positron et électron) sont créées par l'énergie du photon. Les premiers positrons furent observés par ce processus lorsque des rayons gamma cosmiques s'enfoncent dans l'atmosphère. On a ensuite détecté (en 2009) des positrons émis autour d'un avion en présence de foudre dans un orage[4].

Production[modifier | modifier le code]

Des positrons peuvent être produits lors de désintégrations β+ (par exemple lors des désintégrations de 13N ou 22Na) ou par création de paires électron-positron conséquemment à une interaction entre un photon de haute énergie et un noyau atomique. Il est ensuite possible de ralentir ces positrons à l'aide d'un modérateur : un monocristal de cuivre ou de tungstène ou du néon solide. Le modérateur à néon solide est particulièrement efficace pour les positrons issus de 22Na. Lorsque les positrons ont été modérés, ils peuvent être stockés dans un piège de Penning[5].

Applications[modifier | modifier le code]

Dans les arts[modifier | modifier le code]

Article détaillé : Cerveau positronique.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Le terme français est positon alors que « positron » est le terme anglais selon la Commission Électrotechnique Internationale (en) (IEC), « IEC IEV ref 393-11-08 ».
  2. (en) P. A. M. Dirac, « A Theory of Electrons and Protons » [PDF].
  3. (en) P. A. M. Dirac, Quantised Singularities in the Quantum Field, (DOI 10.1098/rspa.1931.0130, lire en ligne), p. 2–3.
  4. (en)Davide Castelvecchi (2015) http://www.nature.com/news/rogue-antimatter-found-in-thunderclouds-1.17526 Rogue antimatter found in thunderclouds ; Aeroplane detects signature spike in photons that does not fit any known source of antiparticles], News du Journal Nature, publiée 12 mai 2015, consultée 16 mai 2015.
  5. (en) A. P. Mills Jr., Advances In Atomic, Molecular, and Optical Physics, vol. 65, Academic Press, (DOI 10.1016/bs.aamop.2016.04.003, lire en ligne), chap. 5 (« Experiments with Dense Low-Energy Positrons and Positronium »), p. 265–290.

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

  • La prédiction de l'antimatière, article de 1930 de Dirac en ligne et commenté sur BibNum.