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正子與電子的龜兔賽跑:正子激發磷光強度遠勝電子

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撰文者:原文作者:Andrew Grant。中文編譯:林祉均,國立清華大學物理系學生。


發文日期:2018-07-01
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  • 一些金屬受到光束照射會放出電子,稱為光電效應;相反地,特定物質受到電子撞擊時會放出光子,稱為陰極激發光(cathodoluminescence)。能產生這種現象的物質便叫作陰極激發光材料,例如磷光體。老式電視(CRT)成像的主要原理就是陰極激發光,某些發光二極體(LED)、顯微鏡,還有閃爍偵測器的運作也和這種現象息息相關。
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    CRT電視(圖片來源:123rf)

      不過引發陰極發光並不是電子的專利。電子的反物質—正子,也有同樣的效果。在德國普朗克離子物理研究所的Eve Stenson和她的團隊,在最新的研究報告中比較同樣能量的電子與正子造成的磷光強度。實驗證實,正子能夠激發更亮眼的發光效應。
     
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      研究團隊採用能量從0到5000 eV(電子伏特)的正子束和電子束,兩兩打向兩種不同的磷光屏幕,接著用CCD攝影機捕捉並比較兩者激發的光芒。兩種材料的實驗結果一致:正子激發出光強度,比起同能量的電子高出一截。拿對能量比較敏感的氧化鋅磷光體來說,5 eV正子束激發的光芒強度,如使用電子束則需要2300 eV才能達到,電子束所需要花費的能量足足大了460倍。這個結果顯示即便是行動遲緩的正子也能傳遞自身的動能讓磷光體放出光子。射入的正子遇到物質中的價電子,正反物質互相湮滅,留下帶正電的電洞,物質中的其他電子和這些電洞結合,放出更多光子。至於詳細的機制,以及這個過程到底能產生多少光子,則跟材料本身的性質密切相關。

    正子與電子引發的陰極發光之間有著不小差異。透過分析這些差異,我們能夠對陰極發光的現象有更深刻的瞭解,並進一步探討許多重大的問題,像是為何沒有超過特定的能量門檻就完全不會發光等等。


    本文感謝Physics Today (American Institute of Physics) 同意物理雙月刊進行中文翻譯並授權刊登。原文刊登並收錄於Physics Today, March 2018 雜誌內(Physics Today 71, 6, 25 (2018); https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.3943);原文作者:Andrew Grant。中文編譯:林祉均,國立清華大學物理系學生。

    Physics Bimonthly (The Physics Society of Taiwan) appreciates that Physics Today (American Institute of Physics) authorizes Physics Bimonthly to translate and reprint in Mandarin. The article is contributed by Andrew Grant, and is published on Physics Today 71, 6, 25 (2018); https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.3943). The article in Mandarin is translated and edited by J.-R. Lin.


     
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