Positronen

Positronen sind die Antiteilchen des Elektrons. Sie besitzen dieselbe Masse wie das Elektron, aber eine positive Ladung (+1 e) und einen Spin von 1/2. Als Antiteilchen zum Elektron bilden sie ein Elektron-Positron-Paar, das in vielen Prozessen entstehen kann. Positronen werden durch hochenergetische Prozesse hergestellt oder durch β+-Zerfall radioaktiver Isotope erzeugt, die in der Medizin (PET) und in der Grundlagenforschung eingesetzt werden. Natürliche Quellen umfassen kosmische Strahlung, aber der Großteil beobachteter Positronen in Anwendungen stammt aus künstlichen Isotopen oder aus Paarbildung von hochenergetischen Photonen.

Positronen können mit Elektronen annihilieren und dabei Gammastrahlung freisetzen. Der dominierende Kanal ergibt zwei Photonen mit je 511 keV, die in entgegengesetzte Richtungen emittiert werden. Unter bestimmten Bedingungen bildet sich auch Positronium, ein gebundenes Zustand aus Elektron und Positron. Positronium existiert in zwei Zuständen: para-Positronium (singulett) mit kurzer Lebensdauer im Vakuum (~125 ps) und ortho-Positronium (triplet) mit längerer Lebensdauer (~nanosekunden); in Materie wird die Lebensdauer oft durch Wechselwirkungen beeinflusst. Aus dem Zustand Positronium ergeben sich gelegentlich drei Gammastrahlen.

Wichtige Anwendungen umfassen die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) in der Medizin, bei der radioaktive Trägerisotope β+-Zerfall nutzen, um Positronen zu erzeugen. In der Materialwissenschaft wird die Positronen-Annihilations-Spektroskopie (PAS) eingesetzt, um Hohlräume und Defekte in Feststoffen zu charakterisieren. In der Astrophysik trägt die Analyse der 511-keV-Linie zur Untersuchung von Positronenphänomenen in galaktischen Umgebungen bei.