Positronio para niños
El positronio (Ps) es un tipo especial de átomo que no se encuentra de forma natural. Está formado por dos partículas muy pequeñas: un electrón y su "gemelo opuesto", llamado positrón. Estas dos partículas se unen y giran una alrededor de la otra, de forma parecida a como un electrón gira alrededor del núcleo en un átomo normal.
Lo interesante del positronio es que se parece mucho al átomo de hidrógeno, que es el átomo más simple. El hidrógeno tiene un protón (en su núcleo) y un electrón. Sin embargo, el positronio es diferente porque el positrón es mucho más ligero que un protón. Debido a esta diferencia de peso, las "canciones" de luz que emite el positronio (sus líneas espectrales) tienen frecuencias que son menos de la mitad que las del hidrógeno.
Contenido
¿Qué es el Positronio?
El positronio es un sistema cuántico, lo que significa que se comporta de acuerdo con las reglas de la mecánica cuántica, que son las leyes que rigen el mundo de lo muy, muy pequeño. Es un "átomo exótico" porque no tiene un núcleo pesado como los átomos que conocemos. En su lugar, tiene dos partículas que tienen la misma masa, pero cargas eléctricas opuestas: el electrón tiene carga negativa y el positrón tiene carga positiva.
¿Cuánto dura el Positronio?
El positronio es muy inestable. Esto significa que no dura mucho tiempo. Su "vida media" es de aproximadamente 100 nanosegundos (un nanosegundo es una milmillonésima de segundo). Después de este tiempo, el electrón y el positrón se encuentran y se "aniquilan" mutuamente.
Cuando el electrón y el positrón se aniquilan, se transforman en energía. Generalmente, esta energía se libera en forma de dos o tres fotones gamma. Los fotones gamma son como pequeños paquetes de luz de muy alta energía. La energía total de estos fotones es de 1022 kilo-electronvoltios (keV).
¿Cómo se comporta el Positronio?
El positronio, al igual que el hidrógeno, puede tener diferentes "configuraciones" o estados. Estas configuraciones dependen de cómo giran las partículas (su espín).
- Parapositronio: En este estado, los espines del electrón y del positrón giran en direcciones opuestas. Es un estado muy corto, con una vida media de solo 125 picosegundos (un picosegundo es una billonésima de segundo).
- Ortopositronio: En este estado, los espines del electrón y del positrón giran en la misma dirección. Este estado dura un poco más, con una vida media de 140 nanosegundos.
¿Por qué sus niveles de energía son diferentes?
Los niveles de energía del positronio son similares a los del átomo de hidrógeno, pero no son exactamente iguales. La diferencia principal se debe a algo llamado "masa reducida".
La masa reducida es un concepto de la física que se usa para describir el movimiento de dos partículas que giran una alrededor de la otra. En el caso del positronio, como el electrón y el positrón tienen la misma masa, la masa reducida del sistema es la mitad de la masa de un solo electrón.
La fórmula para calcular los niveles de energía es:
Donde:
es la carga eléctrica del electrón (y del positrón).
es la constante de Planck, un número muy pequeño pero importante en la física cuántica.
es la permitividad del vacío, que describe cómo se propagan los campos eléctricos en el espacio.
es la masa reducida.
Para el positronio, la masa reducida () es la mitad de la masa del electrón (
):
-
- Error al representar (Falta el ejecutable <code>texvc</code>. Véase math/README para configurarlo.): m^* = \frac{m_e}{2}
Debido a que la masa reducida del positronio es la mitad que la del hidrógeno, sus niveles de energía también son aproximadamente la mitad. Por ejemplo, el nivel de energía más bajo del positronio es de -6.8 eV (electronvoltios), mientras que el del hidrógeno es de -13.6 eV.
Historia del Positronio
El positronio es un concepto que ha fascinado a los científicos durante mucho tiempo.
¿Quién lo predijo y descubrió?
- En 1934, un científico llamado Stjepan Mohorovičić predijo que el positronio podría existir. Él lo llamó "electrum".
- Sin embargo, algunas fuentes dicen que Carl David Anderson ya había pensado en su existencia en 1932.
- Fue descubierto de forma experimental en 1951 por Martin Deutsch, un científico del MIT.
Avances recientes
- En 2005, Allen Mills y David Cassidy, de la Universidad de California (Riverside), sugirieron que las moléculas de positronio podrían formarse en la superficie del silicio.
- El 12 de septiembre de 2007, estos mismos científicos anunciaron un gran avance. Lograron atrapar suficientes positrones usando una película de silicio para crear una gran cantidad de átomos de positronio. Estos átomos se combinaron para formar "dipositronio", que son moléculas hechas de dos átomos de positronio.
- Cassidy y Mills creen que es posible juntar millones de átomos de positronio para crear un condensado de Bose-Einstein. Si esto se lograra, al aniquilarse, podrían formar un láser de rayos gamma de muy alta energía, ¡un millón de veces más potente que los láseres actuales!
Compuestos especiales de Positronio
Los científicos también han predicho que el positronio puede formar enlaces con otros elementos, creando "moléculas exóticas".
- Se ha predicho la existencia de moléculas de hidruro de positronio (PsH).
- El positronio también podría formar un tipo de cianuro y unirse a elementos como los halógenos (formando halogenuros) o el litio.
- La primera vez que se observaron moléculas de di-positronio (dos átomos de positronio unidos) fue el 12 de septiembre de 2007, gracias a David Cassidy y Allen Mills.
Véase también
En inglés: Positronium Facts for Kids
- Hidrógeno
- Modelo atómico de Bohr
- Di-positronio
- Protonio
