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Il decadimento beta è quando un nucleo atomico instabile decade (radioattivamente) emettendo una particella beta; quando la particella beta è un elettrone, è β-decadimento, e quando un positrone,+decadimento.
I raggi beta, come componenti distinti dei raggi emessi nella radioattività, furono scoperti da Rutherford, nel 1899, pochi anni dopo la scoperta della radioattività stessa (nel 1896). Tuttavia, questo è beta meno decadimento ... la scoperta di beta più decadimento (di Irène e Frédéric Joliot-Curie, nel 1934) è arrivata dopo la scoperta del positrone (nei raggi cosmici, nel 1932) e la (allora) controversa 'invenzione' del neutrino (di Pauli, nel 1931) per spiegare lo spettro energetico continuo degli elettroni nel decadimento beta. Sempre nel 1934 Fermi pubblicò – in italiano e tedesco (la Natura riteneva l'idea troppo speculativa!!) – la sua teoria del decadimento beta (per maggiori dettagli su questo, si veda questa pagina di iperfisica ).
Nel decadimento beta meno, un neutrone si trasforma in un protone, antineutrino , ed elettrone; questa conversione è dovuta all'interazione debole (o forza debole) … un quark down (nel neutrone) diventa un quark up ed emette un W-bosone (uno dei tre bosoni che mediano l'interazione debole), che poi decade in un elettrone e un antineutrino.
Il decadimento beta più - noto anche come decadimento beta inverso - comporta la conversione di un protone in neutrone, positrone e neutrino.
Allora perché i neutroni isolati decadono (ma quelli nei nuclei stabili e quelli nelle stelle di neutroni no)? E perché i protoni isolati sono stabili, ma quelli in certi nuclei radioattivi no? Dipende tutto dall'energia... se uno stato (un neutrone isolato, diciamo) ha un'energia maggiore di un altro (protone più elettrone più antineutrino), allora il primo decadrà nel secondo (il numero barionico dei due stati deve essere lo stesso , idem numero leptone, e così via).
C'è anche un raro decadimento doppio beta, in cui due particelle beta sono emessi; è stato osservato, in alcuni isotopi instabili, come previsto. Esiste un tipo di doppio decadimento beta, chiamato doppio decadimento beta senza neutrini (l'immagine sopra è tratta da il progetto COBRA , uno studio su questo) - che viene studiato intensamente (sebbene tale decadimento non sia stato ancora osservato), perché potrebbe essere una delle pochissime finestre facilmente apribili sulla fisica oltre il Modello Standard (vedi questa pagina WIPP per maggiori dettagli) .
Berkeley Lab ha un'accurata Guida al Nuclear Wallchart (sottotitolato 'Non è necessario essere un fisico nucleare per capire la scienza nucleare'!) sul decadimento beta , e questa pagina dell'Università dell'Ohio - Decadimento alfa e beta – mette carne più tecnica sulle ossa della panoramica nuda.
Superare i limiti educati della scienza sulla materia oscura è una storia di Universe Today che ha un riferimento tangenziale al decadimento beta (è nei commenti!).
Ci sono episodi rilevanti di Astronomy Cast? Sicuro! Nucleosintesi: elementi dalle stelle , Le forze nucleari forti e deboli , e Antimateria .
Fonte:
Wikipedia