我最近聽說過正電子，一種具有電子和正電子形成的有趣性質的“元素”，聽到物理學家實際上正在使用該元素，即使壽命很短。我總是覺得物質和反物質在彼此之間距離很近時會被消滅，這顯然不是這種情況。
如果這兩個粒子相反，它們如何結合形成一個元素電荷和大致相同的質量？在將它們拉在一起並殲滅之前，可能發生什麼樣的互動？
正如您所注意到的，當粒子和其反粒子彼此靠近時，會自動消滅彼此並不是自動的。實際上，粒子之間確實不會發生相互作用。量子力學（以及更高層次的量子場論）告訴您，所有這些相互作用都是以一定概率發生的。因此，例如，當一個粒子及其反粒子非常接近時，它們在任何給定的時間內都只有相互作用的機會。
但是，粒子保持在一起的時間越長，他們相互影響和殲滅的可能性。如Wikipedia文章所述，這是造成142 ns的lifetime壽命的原因：an滅的概率隨時間增加，以使的“原子”的平均壽命為142 ns。
正如塞德里克所說，只要正電子和電子不會相互an滅（請記住，在任何給定時間內發生這種情況的可能性都很小），它們可以以相同的方式相互作用方式與任何其他帶電粒子（例如質子和電子）相同。例如在氫原子或正電子“原子”中被電磁相互作用束縛在一起。
只需添加。不僅存在，它還可以與物質相互作用，並允許您做一些有趣的物理學。例如，在最近的論文 S中。 Mariazzi，P.Bettotti，R.S。 Brusa， 低溫下納米通道中的正電子冷卻和真空發射， Phys。牧師104，243401（2010）通過在納米結構表面上沉積正電子而產生的正電子，通過與納米通道壁的碰撞而冷卻並在約150K的溫度下熱化。這是該論文摘要的引文：
通過在矽靶中註入正電子，在控制良好的氧化納米通道中註入正電子，可獲得較高的形成產率和低於室溫的有意義的冷卻電子分數。產生了垂直於表面的（直徑5-8 nm）。我們表明，通過將7 keV的正電子注入保持在150 K的靶中，約27％的正電子形成逃逸到真空中的正電子。通過與納米通道壁碰撞，冷卻了約9％逸出的正電子，並以150 K的麥克斯韋光束髮射。
這是因為它們帶有相反電荷，可以形成束縛狀態：即使從經典的角度來說，您也可以理解：帶有相反電荷的電荷會相互吸引。相互之間，它們首先必須相互作用。
正電子是純粹的電磁結合態：正電子和電子將通過電磁相互作用形成結合態（因為它們是輕子，所以沒有強相互作用，弱相互作用）
它們具有相同的質量，但這不是一個真正的問題。
機械地量子化此問題的處理方式完全相同作為氫原子的教科書示例。首先將質心與問題分開，但是在這裡，由於它們具有相同的質量，因此在最終結果中不能忽略。
然後，您計算一個粒子與質心的相互作用（在在氫原子的情況下，這無疑是電子與質子的相互作用，但這是質心在中間的兩個輕子之一。
我也應該需要注意的是，即使從該角度來看束縛態是穩定的，由於兩個波函數將重疊，因此正電子最終將被an滅，因此這兩個反粒子可以相互作用並被ni滅。
以多種方式形成，例如，您可以在浴室中創建正電子的元素是$ \ beta ^ + $不穩定的元素。在該衰變之後，發射出正電子。然後它可以與物質中存在的大量電子相互作用，並可以形成束縛態：正電子。
對於差不多已經說過的同一事物，稍有不同的自旋：一種接近正電子的電子將不可避免地消失的想法是由於相同的誤解而導致人們認為接近黑洞的物體將不可避免地掉入其中。這兩種情況都是不可避免的，因為兩種力的作用僅僅是將物體拉向彼此，這可能導致也可能不會導致消耗它們的碰撞，具體取決於粒子開始相互作用之前的運動細節。
您也許可以聲稱，在靜止狀態下完美啟動的正電子和電子會an滅而不會形成束縛態，但這是完全不現實的，原因有很多，包括不確定性原理。但是，如果它們以一定的初始速度彼此遠離，那麼它們的命運將取決於初始條件的確切安排。形成穩定的束縛態很可能還需要第三個粒子，以節省能量和動量。
取決於電子和正電子的相對自旋取向，正電子可能具有兩種自旋狀態：如果電子和正電子具有反平行自旋（+1/2和-1/2），則正電子將為固有壽命為0.125ns的自旋單態，並通過雙光子an沒而衰減。另一方面，如果電子和正電子具有平行的自旋，則正電子將處於自旋三重態，其固有壽命為142ns，並在真空中以三光子模式消失。但是，在有材料存在的情況下，the具有與周圍環境中的反向旋轉電子交換自身電子的可能性，因此，三重態t可能以比142 ns更快的單重態（兩光子）衰減。 。這種an滅模式稱為拾取衰減，它顯示了其在計算任何多孔材料中空隙尺寸的應用中的重要性。