Desintegración beta
En física nuclear , la desintegración beta ( desintegración β) es un tipo de desintegración radiactiva en la que una partícula beta ( electrón o positrón energético rápido ) se emite desde un núcleo atómico , transformando el nucleido original en una isobara de ese nucleido. Por ejemplo, la desintegración beta de un neutrón lo transforma en un protón mediante la emisión de un electrón acompañado de un antineutrino ; o, a la inversa, un protón se convierte en un neutrón por la emisión de un positrón con un neutrino en la llamada emisión de positrones. Ni la partícula beta ni su (anti) neutrino asociado existen dentro del núcleo antes de la desintegración beta, sino que se crean en el proceso de desintegración. Mediante este proceso, los átomos inestables obtienen una relación más estable de protones a neutrones . La probabilidad de que un nucleido se desintegra debido a la beta y otras formas de desintegración está determinada por su energía de enlace nuclear . Las energías de unión de todos los nucleidos existentes forman lo que se llama la banda nuclear o valle de estabilidad . [1] Para que la emisión de electrones o positrones sea energéticamente posible, la liberación de energía ( ver más abajo ) o el valor Q debe ser positivo.
La desintegración beta es una consecuencia de la fuerza débil , que se caracteriza por tiempos de desintegración relativamente largos. Los nucleones se componen de quarks up y quarks down , [2] y la fuerza débil permite que un quark cambie su sabor mediante la emisión de un bosón W que conduce a la creación de un par electrón / antineutrino o positrón / neutrino. Por ejemplo, un neutrón, compuesto por dos quarks down y un quark up, se desintegra en un protón compuesto por un quark down y dos quarks up.
La captura de electrones a veces se incluye como un tipo de desintegración beta, [3] porque el proceso nuclear básico, mediado por la fuerza débil, es el mismo. En la captura de electrones, un electrón atómico interno es capturado por un protón en el núcleo, transformándolo en un neutrón, y se libera un neutrino electrónico.
Los dos tipos de desintegración beta se conocen como beta menos y beta más . En la desintegración beta menos ( β - ), un neutrón se convierte en un protón y el proceso crea un electrón y un electrón antineutrino ; mientras que en la desintegración beta más ( β + ), un protón se convierte en un neutrón y el proceso crea un positrón y un neutrino electrónico. La desintegración β + también se conoce como emisión de positrones . [4]
La desintegración beta conserva un número cuántico conocido como número de leptones , o el número de electrones y sus neutrinos asociados (otros leptones son las partículas de muón y tau ). Estas partículas tienen un número de leptones +1, mientras que sus antipartículas tienen un número de leptones -1. Desde un protón o un neutrón tiene lepton número cero, β + decaimiento (un positrón, o antielectrón) debe ser acompañado con un neutrino electrónico, mientras que β - desintegración (un electrón) debe ir acompañado por un electrón antineutrino.
Un ejemplo de la emisión de electrones ( β - decaimiento) es la decadencia de carbono-14 en nitrógeno-14 con una vida media de aproximadamente 5730 años:
β-
decaimiento en un núcleo atómico (se omite el antineutrino acompañante). El recuadro muestra la desintegración beta de un neutrón libre. Ninguna de estas representaciones muestra el virtual intermedio
W-
bosón.
β-
Desintegración de un neutrón en un protón , un electrón y un antineutrino electrónico a través de un intermedio .W-bosón . Para diagramas de orden superior, consulte [20] [21]
β+
Decaimiento de un protón en un neutrón , un positrón y un neutrino electrónico a través de un intermedio .W+ bosón