Przez
Rozpad beta, główny mechanizm rozpadu radioaktywnego niestabilnych izotopów, polega na przekształceniu neutronów w protony (rozpad beta-minus) lub protonów w neutrony (rozpad beta-plus) z emisją elektronów, pozytonów, neutrin lub antyneutrin. Ponadto rzadkie i teoretyczne formy, takie jak podwójny rozpad beta z dwoma neutrinami i hipotetyczny podwójny rozpad beta bez neutrin, mogą znacząco wpłynąć na nasze zrozumienie fizyki cząstek elementarnych, szczególnie w odniesieniu do masy i natury neutrin. Źródło: SciTechDaily.com
Co to jest rozpad beta?
Rozpad beta jest najczęstszą formą rozpadu promieniotwórczego. Dzieje się to na jeden z dwóch sposobów. W jednym typie rozpadu beta niestabilne jądro atomowe emituje elektron i antyneutrino, przekształcając neutron w proton. W drugim typie niestabilne jądro emituje pozyton (dodatnio naładowany elektron, zwany także antyelektronem) i neutrino, przekształcając proton w neutron. Pozytony i elektrony są cząstkami beta. Naukowcy zaobserwowali rozpad beta w 97% wszystkich znanych niestabilnych izotopów. Występuje w jądrach ze zbyt dużą liczbą neutronów lub zbyt dużą liczbą protonów.
Naukowcy zaobserwowali dwa główne typy rozpadu beta. Pierwszym z nich jest rozpad beta-minus. W tej formie jądro emituje elektron i antyneutrino (antymateria w postaci neutrina). Proces ten zmienia neutron w jądrze w proton. Drugim rodzajem rozpadu beta jest rozpad beta-plus. W tej formie jądro emituje neutrino i pozyton (antymateria w postaci elektronu). Proces ten zmienia proton w jądrze w neutron.
Rozpad beta zachodzi głównie w wyniku przemiany neutronów w protony i odwrotnie, uwalniając cząstki takie jak elektrony i neutrina. Źródło: Narodowy Ośrodek Akceleracji Thomasa Jeffersona (JLab)
Istnieją również rzadkie rodzaje rozpadu beta. Jednym z przykładów jest podwójny rozpad beta dwóch neutrin. Jest to przejście wewnątrz jądra, podczas którego dwa neutrony jednocześnie ulegają rozpadowi beta. Innymi słowy, dwa neutrony rozpadają się na dwa protony, emitując dwa neutrina i dwa elektrony.
Innym teoretycznie możliwym typem rozpadu beta jest podwójny rozpad beta bez neutrin. W tej formie rozpadu beta jądro rozpadłoby się na dwa protony, emitując dwa elektrony. Nigdy nie zaobserwowano tej formy. Jeśli istnieje podwójny rozpad beta bez neutrin, oznaczałoby to, że neutrino ma masę i jest tym, co naukowcy nazywają cząstką Majorany. Są to cząstki identyczne ze swoimi antycząstkami.
Jeśli naukowcy zaobserwują podwójny rozpad beta bez neutrin, pomogłoby to w wyjaśnieniu brakujących elementów Modelu Standardowego Fizyki Cząstek. Model Standardowy nie jest w stanie wyjaśnić, w jaki sposób neutrina mają masę. Mechanizmem generującym masę neutrina może być podwójny rozpad beta bez neutrin.
Fakty dotyczące rozpadu beta
Wkład DOE w badania nad rozpadem promieniotwórczym
DOE ma długą historię wspierania badań z zakresu fizyki jądrowej, w tym rozpadu radioaktywnego i cząstek subatomowych, z którymi wiąże się ten rozpad. Naukowcy wspierani przez Biuro Naukowe DOE, często we współpracy z naukowcami z całego świata, przyczynili się do nagrodzonych Nagrodą Nobla odkryć i pomiarów, które udoskonaliły Model Standardowy. Wysiłki te są kontynuowane do dziś, w ramach eksperymentów, które przeprowadzają precyzyjne testy Modelu Standardowego i nie tylko. Aby konkretnie zająć się podwójnym rozpadem beta bez neutrin, DOE uczestniczy w dużym eksperymencie ze wzbogaconym germanem dotyczącym podwójnego rozpadu beta bez neutrin (LEGENDA) Współpraca w Oak Ridge National Laboratory, the Eksperyment CUORE we Włoszech i DEMONSTRATOR MAJORANA eksperyment w Południowej Dakocie.
