Beetahajoaminen
Beeta-miinus-hajoamisessa ytimen neutroni muuttuu protoniksi ja samalla syntyvät elektroni sekä elektronin antineutriino: n → p + e⁻ + ν̄ₑ. Protoniluku kasvaa yhdellä, mutta massaluku pysyy samana.
Elektroni ei ollut valmiina ytimessä
Beetaelektronia ei pidä ajatella ytimen sisällä valmiiksi säilytettynä elektronina. Elektroni syntyy heikossa vuorovaikutuksessa yhdessä antineutriinon kanssa, kun neutroni muuttuu protoniksi. Kyse on siis hiukkasten syntymisestä vuorovaikutuksessa, ei valmiin osan irtoamisesta.
Sähkövarauksen säilyminen
Alussa neutronin varaus on 0. Lopussa protonin varaus on +e, elektronin −e ja antineutriinon 0, joten summa on edelleen 0. Koko ytimessä Z kasvaa yhdellä, mutta täydellisen reaktion sähkövaraus säilyy täsmälleen.
Miksi antineutriino tarvitaan
Beetaelektronien energia muodostaa jatkuvan spektrin. Jos lopussa olisi vain tytärydin ja elektroni, energiaa ja liikemäärää ei voitaisi säilyttää jokaisessa tapahtumassa. Antineutriino kuljettaa vaihtelevan osan energiasta ja liikemäärästä.
Beeta-plus ja elektronisieppaus
Protonirikkaissa ytimissä voi tapahtua β⁺-hajoaminen, jossa protoni muuttuu neutroniksi ja syntyvät positroni ja neutriino, tai elektronisieppaus, jossa ydin ottaa atomielektronin. Molemmat pienentävät Z:aa yhdellä.
Läpäisy ja suojaus
Beetaelektronit läpäisevät yleensä ainetta paremmin kuin alfahiukkaset ja ionisoivat harvemmin matkayksikköä kohti. Suojausmateriaalin valinnassa huomioidaan myös jarrutussäteily, jota nopeat elektronit voivat tuottaa raskaissa aineissa.
Heikko vuorovaikutus kvarkkitasolla
β⁻-hajoamisessa neutronin yksi down-kvarkki muuttuu up-kvarkiksi heikon vuorovaikutuksen kautta. Standardimallissa prosessiin liittyvä W⁻ tuottaa elektronin ja antineutriinon. Ydinhajoaminen on siis suora ilmentymä sähköheikosta teoriasta.
Jatkuva beetaspektri
Tietyn ydinsiirtymän kokonais-Q on määrätty, mutta energia jakautuu jokaisessa tapahtumassa eri tavoin elektronille, antineutriinolle ja tytärytimen rekyylille. Siksi elektronin spektri on jatkuva ja sillä on selvä päätepiste-energia.
Muutos alkuaineessa
Koska Z kasvaa yhdellä, tytärydin kuuluu jaksollisen järjestelmän seuraavaan alkuaineeseen, vaikka A ei muutu. β⁻-hajoaminen voi näin siirtää neutronirikasta ydintä kohti vakaampaa neutroni-protoni-suhdetta ilman nukleonien menetystä.
Harjoitus
Miten Z ja A muuttuvat β⁻-hajoamisessa ja miten varaus säilyy reaktiossa n → p + e⁻ + ν̄ₑ?
Ratkaisu
Z kasvaa yhdellä, koska neutroni muuttuu protoniksi. A ei muutu, sillä nukleonien määrä säilyy. Varaus säilyy: 0=(+1)+(−1)+0.