El hidruro de positronio , o positruro de hidrógeno [3] , es una molécula exótica que consiste en un átomo de hidrógeno unido a un átomo exótico de positronio (es decir, una combinación de un electrón y un positrón). Su fórmula es PsH . A Ore [4] predijo su existencia en 1951 y posteriormente se estudió teóricamente, pero no se observó hasta 1990. R. Pareja, R. González de Madrid atraparon positronio en cristales de magnesia cargados de hidrógeno. La trampa fue preparada por Yok Chen del Laboratorio Nacional Oak Ridge . [5] En este experimento, los positrones se termalizaron para que no viajaran a alta velocidad y luego reaccionaron con iones H − en el cristal. [6] En 1992 fue creado en un experimento realizado por David M. Schrader y FM Jacobsen y otros en la Universidad de Aarhus en Dinamarca . Los investigadores crearon moléculas de hidruro de positronio disparando intensas ráfagas de positrones en metano , que tiene la mayor densidad de átomos de hidrógeno. Al disminuir la velocidad, los positrones fueron capturados por electrones ordinarios para formar átomos de positronio que luego reaccionaron con átomos de hidrógeno del metano. [7]
PsH se construye a partir de un protón, dos electrones y un positrón. La energía de enlace es1,1 ± 0,2 eV . La vida útil de la molécula es de 0,65 nanosegundos . La vida útil del deuteruro de positronio es indistinguible de la del hidruro normal. [6]
La desintegración del positronio se observa fácilmente detectando los dos fotones de rayos gamma de 511 keV emitidos en la desintegración. La energía de los fotones del positronio debería diferir ligeramente según la energía de enlace de la molécula. Sin embargo, esto aún no se ha detectado. [3]
La estructura de PsH es la de una molécula diatómica, con un enlace químico entre los dos centros cargados positivamente. Los electrones están más concentrados alrededor del protón. [2] Predecir las propiedades del PsH es un problema de Coulomb de cuatro cuerpos. Calculado mediante el método variacional estocástico, el tamaño de la molécula es mayor que el del dihidrógeno , que tiene una longitud de enlace de 0,7413 Å . [8] En PsH el positrón y el protón están separados en promedio por 3,66 a 0 (1,94 Å). El positronio en la molécula está hinchado en comparación con el átomo de positronio, aumentando a 3,48 a 0 en comparación con 3 a 0 . La distancia promedio de los electrones al protón es mayor que la molécula de dihidrógeno, 2,31 a 0 con una densidad máxima de 2,8 au. [3]
Debido a su corta vida útil, establecer la química del hidruro de positronio plantea dificultades. Los cálculos teóricos pueden predecir resultados. Un método de formación es mediante hidruros de metales alcalinos que reaccionan con positrones. Se predice que las moléculas con momentos dipolares superiores a 1,625 debye atraerán y mantendrán positrones en un estado ligado. El modelo de Crawford predice esta captura de positrones. En el caso de las moléculas de hidruro de litio , hidruro de sodio e hidruro de potasio , este aducto se descompone y se forman el hidruro de positronio y el ión alcalino positivo. [9]
PsH es un compuesto exótico simple . Otros compuestos de positronio son posibles mediante las reacciones e + + AB → PsA + B + . [10] Otras sustancias que contienen positronio son el di-positronio y el ion Ps − con dos electrones. Las moléculas de Ps con materia normal incluyen haluros y cianuro. [2]
El antihidruro de positronio (Ps H ) contiene antihidrógeno en lugar de hidrógeno. Se puede producir cuando el ion antihidruro ( H + ) reacciona con positronio (Ps).
El experimento GBAR utiliza la reacción similar H + Ps → H + + e − que no puede producir antihidruro de positronio, ya que queda demasiada energía para que el antihidruro de positronio sea estable. [11]