Виртуальный позитроний сыграл важную роль в позитрон-молекулярной связи
Британские теоретики построили теорию, описывающую связанную систему, состоящую из позитрона и молекулы. Она не только смогла правильно предсказать стабильность этой связи для неполярных молекул, но и довести общую точность вычислений энергии таких систем до одного процента по сравнению с экспериментальными значениями. Ученые показали, что существенную роль при этом играет поляризация электронного облака и сопутствующее ей виртуальное образование позитрония. Исследование опубликовано в Nature.
Стабильность и электрический заряд позитронов — электронных античастиц — сделали возможным их массовое использование в фундаментальной и прикладной науке. В первую очередь физиков интересуют отличия материи от антиматерии, для чего позитроны объединяют с антипротонами для образования антиатомов. Объединение электронов со своими античастицами в позитроний помогает искать нарушения симметрий в чисто лептонных системах, а спектры аннигиляции электрона с позитроном нашли применение в дефектоскопии и позитронно-эмиссионной томографии.
Другой интересной областью применения этих античастиц стала позитронная спектроскопия молекул. Она заключается в связи молекул с позитроном с последующей аннигиляцией. Рождающиеся при этом гамма-кванты позволяют определить энергию связи позитрона в молекуле. Этот метод удалось реализовать уже для 90 молекул.
Теоретическое описание такого процесса задействует аппарат квантовой электродинамики, которая славится своей колоссальной точностью. Она опережает точность экспериментов с антиатомами, однако описать свойства позитрон-молекулярных систем у теоретиков получается гораздо хуже. Из 90 молекул, с которыми удалось провести позитронную спектроскопию, только для шести известны попытки построить теорию в рамках подхода конфигурационных взаимодействий (CI) и метода молекулярной орбитали любой частицы (APMO), результаты которых оказываются заниженными, отличаясь от эксперимента в лучшем случае на 25 процентов, а для неполярных молекул и вовсе неспособны предсказать связывание.