Captura de electrones

Un modo menor… que compite con la emisión de positrones

Emisión de positrones frente a captura de electrones
La emisión de un positrón y la captura de un electrón son reacciones gemelas que tienen como resultado la disminución del número de protones en 1 (de Z a Z-1) y la producción de un neutrino.El positrón observado en la etapa final de la desintegración beta (arriba) es una nueva partícula que requiere los 0,511 MeV de energía de su masa en reposo para ser creada. En el caso de la captura del electrón (abajo) no existe tal umbral de energía. En ambos casos, prácticamente toda la energía liberada es transportada por las partículas ligeras.
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La captura de electrones es un modo de desintegración comparativamente menor causado por la fuerza débil. El ejemplo más conocido es el del potasio 40 : El 11% de los núcleos de ese isótopo del potasio presente en nuestro cuerpo decaen por captura electrónica.
La captura del electrón desencadena la emisión de un neutrino invisible por parte del núcleo.
La captura de un electrón tiene el mismo efecto en un núcleo que la emisión de un positrón: uno de sus protones se transforma en un neutrón, disminuyendo la carga eléctrica global del núcleo en 1 unidad. La captura de electrones, junto con la desintegración beta-positiva, es la forma que tiene la naturaleza de garantizar que ningún núcleo se vuelva demasiado pesado en protones.
La desintegración beta ordinaria no tiene, sin embargo, ningún competidor en la Tierra para reducir un exceso de neutrones, ya que la captura de positrones se produciría en un mundo hecho de antimateria.
El electrón capturado pertenece al grupo de electrones que orbitan alrededor del núcleo. Estas capturas resultan difíciles. La mayoría de los electrones orbitan alrededor del núcleo a distancias grandes en comparación con el núcleo. Incluso los electrones más internos de la capa K se encuentran lejos del pequeñísimo volumen del núcleo donde operan las fuerzas débiles responsables de la captura y que transforman al electrón en un neutrino. Esto explica por qué la captura de electrones es difícil y, por tanto, poco frecuente.

La dificultad de la captura de electrones
Las fuerzas débiles están detrás de la emisión de positrones y la captura de electrones. La captura de electrones ocurre con mucha menos frecuencia que la emisión de un positrón. Mientras que la desintegración beta puede ocurrir espontáneamente cuando se permite energéticamente, para una captura de electrones las fuerzas débiles requieren que el electrón entre en contacto cercano con un protón del núcleo. La probabilidad de que un electrón, incluso uno que pertenezca a la capa «K» más interna, se encuentre dentro del núcleo es realmente muy baja (para el potasio 40, el volumen del núcleo es menos de una milmillonésima parte del volumen de la capa K).
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Sin embargo, la captura de electrones es más económica en energía que la emisión de positrones, su competidor. La creación de un positrón requiere 511 keV, la energía másica del positrón. Si la energía liberada en la desintegración es inferior a 511 keV, no se permite la emisión de un positrón (desintegración beta-plus). Por debajo de este umbral energético, la captura de electrones se convierte en el único proceso disponible para reducir un exceso de protones.
La captura de electrones suele pasar desapercibida, ya que el neutrino que se lleva la energía liberada es imposible de detectar. El núcleo en retroceso tampoco se mueve apenas, siendo las pocas micras que cubre demasiado pequeñas para ser observadas.
Estos sucesos pasarían desapercibidos si no fuera por la reestructuración que sufren el núcleo y las envolturas de los electrones. Los electrones suelen ser capturados de la capa K interna, dejando «huecos» tras ellos. Un átomo con un hueco en su estructura electrónica se reorganiza, emitiendo rayos X en el proceso o electrones de Auger. Dicha captura también puede dejar el núcleo en un estado excitado, a una energía más alta que su estado básico, haciendo que libere rayos gamma de desexcitación.
Como resultado, el modo de desintegración particular de captura de electrones es muy difícil de detectar. Este modo particular de desintegración no fue descubierto hasta 1937 por el físico estadounidense Luis Álvarez (1911-1988), unos cuarenta años después del descubrimiento de la radiactividad beta-negativa y sólo unos años después de la observación de las desintegraciones positrónica y beta-positiva.
Luis Álvarez, premio Nobel de física, tuvo una larga y brillante carrera como físico. Por ejemplo, lejos de la captura de electrones, propuso en 1980 una explicación ahora famosa de la extinción de los dinosaurios, sugiriendo que había sido causada por un asteroide que colisionó con la Tierra hace unos 160 millones de años.
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