Pozitron ve Pozitronyum Nedir?

Pozitron

Pozitron, elektronun anti-maddesi (karşı parçacığı) olarak bilinir. Elektronla aynı kütleye sahiptir ancak negatif yük yerine pozitif elektrik yükü taşır. Bu nedenle maddeyle etkileşimi oldukça özgündür:

Bir pozitron bir elektronla karşılaştığında, ikisi yok olur (anihilasyon) ve kütleleri 511 keV gama fotonlarına dönüşür. Bu fotonlar çoğunlukla zıt yönlerde çıkar.

Pozitronlar doğal olarak β⁺ radyoaktif bozunma ile oluşabilir; ayrıca parçacık hızlandırıcıları veya özel pozitron ışın sistemleri ile yapay olarak üretilebilir.

Pozitronların kullanım alanları oldukça geniştir:

Tıbbi görüntüleme (PET taramaları)

Malzeme bilimi—özellikle atomik ölçekli boşluklar ve serbest hacmin tespiti

Temel fizik (antimadde, kuantum elektrodinamiği, parçacık etkileşimleri)

Marmara Pozitron Laboratuvarında (MARPOS) pozitronlar, malzemelerin boşluk yapılarının ve serbest hacim bölgelerinin belirlenmesinde PALS ve DBS tekniklerinin ana unsurudur.

---

Pozitronyum

Pozitronyum (Ps), bir pozitronun bir elektron ile kısa süreli bağlanması sonucu oluşan egzotik bir atom benzeri sistemdir. Hidrojen atomuna benzer; ancak proton yerine pozitron ve elektron birbirlerinin ortak kütle merkezinin etrafında döner.

Pozitronyum kararsızdır ve kısa süre sonra anihilasyonla gama fotonları üretir. Ömrü, spin durumuna göre değişir:

Para-pozitronyum (p-Ps)

Spinler zıt yönlü (tekil durum)

Kısa ömür (~125 pikosaniye, vakumda)

Çoğunlukla iki gama fotonuna ayrışır

Orto-pozitronyum (o-Ps)

Spinler aynı yönlü (üçlü durum)

Daha uzun ömür (~142 nanosaniye, vakumda)

Çoğunlukla üç gama fotonuna ayrışır

Malzemelerde çevresel etkiler nedeniyle ömrü kısalır

Pozitronyum çevresine karşı son derece hassastır. Bu nedenle nanometre ve angstrom ölçeğindeki serbest hacim boşluklarının belirlenmesinde eşsiz bir ölçüm yöntemidir. Polimerler, membranlar, gözenekli yapılar, seramikler ve ince filmlerde o-Ps ömrü boşlukların boyutu ve dağılımı hakkında doğrudan bilgi verir.

---

MARPOS’ta Pozitron ve Pozitronyumun Önemi

Marmara Pozitron Laboratuvarı’nda pozitron ve pozitronyum; malzemelerin atomik ölçekli özelliklerini belirlemek için birer yapısal analiz probu olarak kullanılır:

Boşluk (vakans) kusurları

Serbest hacim boşluklarının boyutu

Mikroyapısal gevşeme

Doping etkileriyle oluşan yapısal değişimler

Radyasyon kaynaklı hasar

İnce film ve kaplamalarda yüzeyde derinlik boyunca kusur profilleri

Pozitron Anihilasyon Ömür Spektroskopisi (PALS) ve Doppler Genişleme Spektroskopisi (DBS) teknikleri sayesinde MARPOS, hem hacimsel malzemelerde hem de ince filmlerde yapı kusurlarını yüksek hassasiyetle inceleyebilen Türkiye’deki sayılı laboratuvarlardan biridir.