Бета-розпад
Під час β⁻-розпаду нейтрон у ядрі перетворюється на протон, а також утворюються електрон і електронне антинейтрино: n → p + e⁻ + ν̄ₑ. Атомний номер ядра збільшується на один, а масове число залишається тим самим.
Електрон не зберігався всередині ядра
Бета-електрон не слід уявляти частинкою, яка заздалегідь сиділа в ядрі. Він виникає під час слабкої взаємодії разом з антинейтрино, коли нейтрон переходить у протон. Це фундаментально відрізняє β-розпад від простого викидання готової складової.
Збереження електричного заряду
На рівні елементарного процесу початковий нейтрон має заряд 0. Після перетворення протон має +e, електрон −e, антинейтрино 0, тому сумарний заряд залишається нульовим. У ядрі число протонів Z збільшується на 1, але повний баланс заряду реакції зберігається.
Навіщо потрібне антинейтрино
Електрони β⁻ мають неперервний енергетичний спектр. Якби кінцевими продуктами були лише дочірнє ядро й електрон, енергія та імпульс не могли б зберігатися в кожній події. Антинейтрино забирає змінну частину енергії та імпульсу.
β⁺ і електронне захоплення
У протон-надлишкових ядрах можливі інші слабкі процеси. При β⁺ протон перетворюється на нейтрон з випромінюванням позитрона і нейтрино; при електронному захопленні ядро поглинає атомний електрон. В обох випадках Z зменшується на 1.
Проникність і екранування
Бета-частинки зазвичай проникають далі за альфа-частинки і менш щільно іонізують уздовж траєкторії. Для екранування важливо не лише зупинити електрони, а й не створити зайвого гальмівного рентгенівського випромінювання у дуже важкому матеріалі.
Слабка взаємодія на рівні кварків
У β⁻-розпаді один d-кварк у нейтроні переходить в u-кварк через слабку взаємодію. У ефективному описі з’являється W⁻, який дає електрон та антинейтрино. Ядерне перетворення таким чином є проявом електрослабкої теорії.
Неперервний β-спектр
Для заданого ядерного переходу сумарне Q-значення фіксоване, але енергія ділиться між електроном, антинейтрино і віддачею ядра по-різному в кожній події. Тому електрон має неперервний спектр до максимальної граничної енергії.
Що змінюється в періодичній таблиці
Оскільки Z збільшується на одиницю, дочірнє ядро належить до наступного елемента в періодичній таблиці, хоча A не змінюється. Саме тому β⁻-розпад може переводити нейтрон-надлишкові ядра ближче до смуги стабільності без втрати нуклонів.
Вправа
Як змінюються Z і A при β⁻-розпаді та як зберігається заряд у процесі n → p + e⁻ + ν̄ₑ?
Розв’язання
Z збільшується на 1, бо нейтрон стає протоном; A не змінюється, бо число нуклонів те саме. Заряд зберігається: 0=(+1)+(−1)+0.