Natančnejša razlaga beta razpada, in sicer, kako je mogoče, da jedro izseva elektron, če ga prej tam ni bilo?

Beta razpad je eden od mogočih radioaktivnih razpadov jedra, in sicer tu v jedru razpade nevtron v proton p, elektron e in elektronski antinevtrino

Antinevtrino je brezmasen (ali skoraj brez mase – glej članek o nevtrinih) in interagira s snovjo le preko šibke interakcije ter kot tak pobegne, ne da bi ga zaznali. Proton interagira prek močne interakcije, ki ga veže v jedro. Pri beta razpadu prejme premalo energije, da bi se iztrgal iz jedra, tako da je edini delec, ki odleti iz jedra in ga lahko brez težav zaznamo elektron (ta interagira šibko in elektromagnetno). Ob odkritju beta razpada je to povzročalo nemalo problemov, saj se je na prvi pogled zdelo, kot da se energija in gibalna količina pri tem procesu ne ohranjata. To je tudi napeljalo W. Paulija k temu, da je l. 1931 vpeljal tedaj še hipotetični delec- nevtrino.

Negativni beta razpad, o katerem je govora, lahko poteka tudi, če nevtron ni vezan v jedru. Razpadni čas prostega nevtrona je tako okoli 15 min (natančneje 887 sekund). Poleg negativnega, pa poznamo tudi pozitivni beta razpad, na katerega naletimo pri umetno tvorjenih izotopih, ki niso stabilni. Tu se proton znotraj jedra pretvori v nevtron, pozitron e+, in elektronski nevtrino

Ker je nevtron masivnejši od protona, prost proton ne more razpadati (zaradi ohranitve energije je torej proton stabilen, eksperimentalna zgornja meja za razpadni čas protona je okoli 1032 let).

Poleg gornjih dveh radioaktivnih razpadov poznamo še razpade alfa, kjer jedro izseva helijevo jedro, spontano cepitev jedra, kjer dovolj veliko jedro (npr. urana) razpade na dve ali več manjših jeder ter nekaj nevtronov, ter sevanje gama, kjer vzbujeno jedro preide v nižje energijsko stanje tako, da izseva foton z veliko energijo.

Po tem kratkem pregledu mogočih radioaktivnih razpadov, pokukajmo še v teorijo, ki stoji za beta razpadom. Prvi resen poskus teoretičnega opisa beta razpada je opravil Italijanski fizik Enrico Fermi že v tridesetih letih 20. stoletja. Njegov formalizem je sicer za primer beta razpada povsem uporaben, vendar pa odpove pri višjih energijah. Konsistenten teoretičen opis je tako beta razpad dočakal šele z napredkom teorije polja in postavitvijo Standardnega Modela osnovnih delcev koncem šestdesetih let 20.st. Le ta združi močno, šibko in elektromagnetno interakcijo v enoten okvir, izven tega opisa ostane le še gravitacija, ki pa za našo razpravo ni pomembna. Najbolj nenavadna izmed gornje trojice je šibka interakcija, saj spreminja delce, ki nastopajo v interakciji. Podroben teoretičen mehanizem temelji na takoimenovanem spontanem zlomu simetrije. Sama teorija ima namreč večjo simetrijo kot njene rešitve. Situacija je podobna kot pri feromagnetu, ki je izoliran od okolice. Enačbe, ki urejajo, kakšno megnetizacijo bo imel feromagnet namreč ne določajo v katero smer bo kazala magnetizacija- vsaka od smeri je enako verjetna. Sama rešitev pa ni več neodvisna od smeri- magnetizacija feromagneta kaže namreč v neko smer.

Tako tudi delci, ki interagirajo šibko, nastopajo v takoimenovanih dubletih- vsak od njih ima svojega partnerja, elektronu je to nevtrino, protonu je to nevtron. Po tej skriti, simetrični sliki sta delca v dubletu manifestacija istega delca, vendar pa zlom simetrije vsakemu od njiju podeli drugo maso (in naboj), tako da ju mi zaznamo kot dva povsem nepovezana delca. Edina indikacija skrite simetrije je ravno beta razpada in pa drugi podobni procesi pri višjih energijah.

(Jure Zupan)

-
Podpri Kvarkadabro!
Naroči se
Obveščaj me
guest

0 - št. komentarjev
Inline Feedbacks
View all comments