Decadimento di Beta

Il primo contributo teorico di Fermi alla fisica nucleare fu la teoria del decadimento beta, formulata nel 1933.
Fin dall'inizio del secolo la scoperta delle emissioni radioattive, dovute a trasformazioni spontanee dei nuclei atomici, aveva polarizzato l'attenzione dei ricercatori. Uno dei problemi che si presentavano ai fisici all'inizio degli anni Trenta era la comprensione del decadimento beta, cioè di quei fenomeni radioattivi in cui vengono emessi elettroni.
Sono possibili trasformazioni nucleari in cui la carica Ze del nucleo cambia, mentre il numero di nucleoni A rimane invariato. Ciò può succedere con l'emissione di un elettrone da parte del nucleo (decadimento b-), con l'emissione di un positrone (decadimento b+) o con la cattura di un elettrone interno all'atomo (cattura di elettroni). In ciascuna di queste trasformazioni un protone viene convertito in un neutrone o viceversa.
Si è anche scoperto che, in ciascuna di queste trasformazioni, fra i prodotti del decadimento compare un'ulteriore particella, detta neutrino (v).
L'esistenza del neutrino venne ipotizzata per la prima volta da Pauli nel 1930, allo scopo di inquadrare il decadimento b nelle leggi di conservazione dell'energia e della quantità di moto. Ad esempio il decadimento b dei neutroni si scrive:

n -> p + e^- + v
Se il neutrino non facesse parte dei prodotti del decadimento, dalla conservazione dell'energia e della quantità di moto per il decadimento a due corpi discenderebbe che gli elettroni dovrebbero essere espulsi con una ben definita energia, come nel decadimento a . Invece si è trovato sperimentalmente che gli elettroni emessi possiedono una distribuzione di energie che va da zero ad un valore massimo.
Inoltre, essendoci all'inizio una singola particella con spin 1/2, la prodiuzione di due sole particelle, ciascuna con spin 1/2, violerebbe il principio di conservazione del momento angolare.
In generale, il decadimento b - si può scrivere:

_Z^AP -> _Z+1^AD + e^- + v
Dunque nel decadimento b - un neutrone viene convertito in un protone. Nel decadimento b + viene emesso un positrone, in modo che un protone si converte in un neutrone:

_Z^AP -> _Z-1^AD + e^- + v
In un sistema in cui il nucleo padre è in quiete, dalla conservazione dell'energia si ricava sia per il decadimento b - si per quello b + (le masse dell'elettrone e del positrone sono uguali):

M_Pc² = M_Dc² + m_ec² + K_tot
Ovvero un'energia di disintegrazione Q:

Q = K_tot = (M_P - M_D -m_e)c²
Nella cattura degli elettroni, dove un elettrone interno all'atomo (di solito un elettrone K) viene catturato dal nucleo, non viene emessa alcuna particella carica. La cattura dell'elettrone è però accompagnata dall'emissione di un neutrino, cui consegue l'emissione di fotoni X caratteristici, corrispondenti alle transizioni degli elettroni esterni verso i livelli energetici interni vacanti. Nella cattura di elettroni un protone viene convertito in un neutrone.
I raggi X emessi sono caratteristici dell'atomo figlio e non dell'atomo padre, poiché vengono prodotti dopo che l'elettrone è stato catturato. Un decadimento per cattura di elettroni può essere scritto nella forma:

e^-_Z^AP -> _Z-1^AD + e^- + v
Si deve sottolineare che nel decadimento b o nella cattura di elettroni, gli elettroni o i positroni coinvolti non sussistono all'interno del nucleo, che è costituito soltanto da protoni e neutroni. La generazione o l'assorbimento di elettroni o positroni dà luogo ad un riarrangiamento del nucleo su stati di energia minore attraverso la trasformazione di un protone in un neutrone o viceversa.

[Pagina Iniziale] [Vita] [Principali Lavori] [Principali Collaboratori]