Concetti Chiave
- La teoria del decadimento β di Enrico Fermi del 1933 introduce la forza nucleare debole come causa della trasformazione nucleare.
- Fermi ipotizzò che l'elettrone emesso nel decadimento β fosse accompagnato da un neutrino, confermato sperimentalmente da Reines e Cowan nel 1956.
- Nel decadimento β-, un neutrone si trasforma in un protone, emettendo un elettrone e un antineutrino.
- Il decadimento β+ coinvolge la trasformazione di un protone in un neutrone, con emissione di un positrone e un neutrino.
- Un'alternativa ai decadimenti β è la cattura elettronica, dove un elettrone viene catturato da un protone nel nucleo, formando un neutrone e un neutrino.
La teoria del decadimento β fu elaborata nel 1933 da Enrico Fermi. Egli individuò la causa di questa trasformazione, in cui un nucleo atomico espelle un elettrone pur non contenendo elettroni al suo interno, in una nuova forza, la forza nucleare debole. Seguendo un'idea di Wolfgang Pauli, Fermi ipotizzò che nel decadimento β l'elettrone fosse emesso insieme a una particella neutra, il neutrino, la cui esistenza fu provata sperimentalmente solo nel 1956 dagli statunitensi Frederick Reines e Clyde Cowan.
La massa di questa particella, non ancora nota con certezza, è ritenuta da centomila a un milione di volte inferiore a quella dell'elettrone.
Il decadimento p può avvenire in due modi distinti, indicati rispettivamente
• nel decadimento β- il nucleo originario emette un normale elettrone;
• nel decadimento β+ il nucleo emette un positrone, o antielettrone, cioè una particella, che abbiamo già incontrato parlando di relatività, avente la stessa massa dell'elettrone ma carica elettrica opposta.
Nel decadimento β- un neutrone n si trasforma, all'interno di un nucleo, in un protone p generando contemporaneamente un elettrone e- e un antineutrino V. Quest'ultimo è l'antiparticella del neutrino, la cui "carta di identità" non differisce da quella del neutrino né nella massa né nella carica elettrica, ma solo per i valori di certi numeri quantici che si usano per caratterizzare le interazioni fra particelle elementari.
Sapendo ora più precisamente in che cosa consiste il decadimento provocato dalla forza nucleare debole, e considerando che il protone prodotto resta nel nucleo, mentre l'elettrone e l'antineutrino sono entrambi espulsi.
Il decadimento β+, più raro, riguarda certi nuclei la cui instabilità è causata da una carenza di neutroni. In questi nuclei un protone p si trasforma in
un neutrone n, generando anche un positrone e+ e un neutrino v, immediatamente espulsi.
Oltre ai decadimenti β — e β + può avere luogo una terza reazione nucleare,
anch'essa provocata dalla forza nucleare debole, detta cattura elettronica.
Questa si verifica quando un elettrone atomico, normalmente uno dello strato più interno, viene catturato dal nucleo e sparisce unendosi a un protone. Si originano così un neutrone, che sostituisce il protone all'interno del nucleo, e un neutrino, che viene espulso.
Domande da interrogazione
- Qual è la causa del decadimento β secondo Enrico Fermi?
- Quali sono le due modalità di decadimento β descritte nel testo?
- Che cos'è la cattura elettronica e come avviene?
Enrico Fermi individuò la causa del decadimento β nella forza nucleare debole, ipotizzando che l'elettrone fosse emesso insieme a una particella neutra, il neutrino.
Il decadimento β può avvenire in due modi: nel decadimento β-, un neutrone si trasforma in un protone emettendo un elettrone e un antineutrino; nel decadimento β+, un protone si trasforma in un neutrone emettendo un positrone e un neutrino.
La cattura elettronica è una reazione nucleare in cui un elettrone atomico viene catturato dal nucleo, unendosi a un protone per formare un neutrone e un neutrino, che viene espulso.
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