Concetti Chiave
- La teoria del decadimento β fu sviluppata da Enrico Fermi nel 1933, introducendo la forza nucleare debole come causa di questa trasformazione.
- Nel decadimento β-, un neutrone si trasforma in un protone, emettendo un elettrone e un antineutrino.
- Il decadimento β+ coinvolge un protone che si trasforma in un neutrone, generando un positrone e un neutrino.
- La cattura elettronica è un processo in cui un elettrone atomico viene catturato dal nucleo, trasformando un protone in un neutrone e producendo un neutrino.
- Il neutrino, scoperto sperimentalmente nel 1956, ha una massa molto inferiore a quella dell'elettrone e non ha carica elettrica.
Quali sono le origini della teoria del decadimento β?
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.
Decadimento β- e β+
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 scoperta fondamentale di Enrico Fermi riguardo al decadimento β?
- Qual è la differenza tra il decadimento β- e β+?
- Che cos'è la cattura elettronica e come avviene?
Enrico Fermi elaborò nel 1933 la teoria del decadimento β, identificando la forza nucleare debole come causa di questa trasformazione, in cui un nucleo espelle un elettrone senza contenerlo, insieme a un neutrino (cfr. testo).
Nel decadimento β-, un neutrone si trasforma in un protone, emettendo un elettrone e un antineutrino, mentre nel decadimento β+, un protone si trasforma in un neutrone, emettendo un positrone e un neutrino (cfr. testo).
La cattura elettronica è un processo in cui un elettrone atomico viene catturato dal nucleo, trasformandosi in un neutrone e liberando un neutrino, che viene espulso (cfr. testo).
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