En viejos televisores de rayos catódicos, se genera una imagen cuando un haz de electrones excita una pantalla de fósforo, haciendo que el fósforo irradie luz. Ahora en un nuevo estudio, Los investigadores han descubierto que un haz de positrones (antielectrones cargados positivamente) que incide en una pantalla de fósforo produce significativamente más luminiscencia que un haz de electrones.

Cuando los investigadores comenzaron su investigación, esperaban que las aplicaciones fueran principalmente utilitarias:principalmente, comprender las diferencias entre el uso de positrones y electrones al realizar experimentos con pantallas de fósforo como diagnóstico de positrones. Sin embargo, las diferencias fueron mucho más interesantes de lo que esperaban, lo que puede extender las aplicaciones potenciales a áreas como el diseño de nuevos sistemas de diagnóstico, así como aprender más sobre las propiedades de los materiales luminiscentes.

Los científicos, E. V. Stenson, U. Hergenhahn, M. R. Stoneking, y T. Sunn Pedersen, en el Instituto Max Planck de Física del Plasma, entre otros institutos, han publicado un artículo sobre su comparación de luminiscencia de positrones y electrones en un número reciente de Cartas de revisión física .

En sus experimentos, los investigadores compararon la luminiscencia excitada por un haz de positrones con la excitada por un haz de electrones para dos fósforos diferentes (ZnS:Ag y ZnO:Zn). Para ambos fósforos, los resultados generales fueron similares. A medida que la energía del rayo aumentó desde cero, la cantidad de luminiscencia inducida por positrones aumentó rápidamente, mientras que la cantidad de luminiscencia inducida por electrones aumentó mucho más gradualmente. Por encima de un cierto nivel de energía del haz, ambos tipos de luminiscencia crecieron de forma lineal a aproximadamente la misma velocidad. Entonces, a niveles de energía de haz muy alto, la diferencia entre la luminiscencia inducida por positrones y electrones se volvió insignificante.

En lugar de, la diferencia más notable se produjo en los niveles de energía del haz inferior. Por ejemplo, para producir la misma cantidad de luminiscencia que produce un haz de electrones con varios miles de electronvoltios de energía, un haz de positrones requería solo unas pocas decenas de electronvoltios (eV) para ZnS:Ag, y para ZnO:Zn, incluso menos de 10 eV. Como explican los investigadores, la gran diferencia surge de la aniquilación de positrones, lo que produce un mayor número de estados excitados en los materiales de fósforo.

Como los positrones se pueden utilizar como herramienta para aprender sobre fósforos, y los fósforos se pueden utilizar como una herramienta para aprender sobre los positrones, los investigadores esperan que los resultados sean interesantes para ambas áreas.

"Para los investigadores que observan positrones incidentes en materiales, son los positrones los que son objeto de interés, "Stenson dijo Phys.org . "En este caso, una pantalla de fósforo se considera solo una herramienta para aprender sobre los positrones, por ejemplo, Algo tan simple como cuántos de ellos tienes disponibles como ingredientes para hacer plasmas anti-átomos o materia-antimateria.

"Para otros investigadores, es al revés, donde los positrones son una herramienta para aprender sobre algún material. Uno puede hacer esto por ejemplo, al observar cuánto tiempo tardan los positrones en aniquilarse con un sólido, líquido o gas en particular, en qué ángulos se dispersan los positrones de un material, o el espectro de energía de los electrones emitidos por un material en el que se aniquila un haz de positrones ".

Debido a la notable diferencia entre electrones y positrones, Los resultados también ofrecen una nueva herramienta para comprender las propiedades de los materiales luminiscentes en general.

"Los materiales luminiscentes tienen una larga historia, habiendo sido utilizado durante décadas en cosas como tubos de rayos catódicos, y todavía se están desarrollando para una variedad de nuevas aplicaciones, "Dijo Stenson." Los materiales luminiscentes tienen aplicaciones que van desde bienes de consumo (pantallas, materiales de resplandor) a detectores especializados (sensores de gas, centelleadores) a nanopartículas utilizadas para el tratamiento del cáncer ".

Stenson explicó que, a pesar de que estos materiales tienen una historia tan larga, Todavía hay preguntas abiertas sobre aspectos importantes de la física de los materiales luminiscentes. Estas preguntas incluyen la estructura de los centros de luminiscencia, las vías de excitación y relajación para la catodoluminiscencia, y el origen del 'voltaje muerto', es decir, por qué los electrones con menos de un keV o dos de energía no producen luminiscencia detectable en muchos fósforos.

"Espero que más estudios de luminiscencia inducida por positrones (por ejemplo, comparar el espectro de luz producido por positrones de baja energía versus positrones de alta energía versus electrones de alta energía) será un medio valioso para investigar estas preguntas abiertas, especialmente cuando se combina con otros enfoques que ya se utilizan para estudiar materiales luminiscentes, "Dijo Stenson.

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