Elektronbefogás

Egy kisebb mód … a pozitronemisszióval versenyezve

Pozitronemisszió kontra elektronbefogás
A pozitronemisszió és az elektronbefogás olyan ikerreakciók, amelyek mindkettő a protonok számának 1-gyel való csökkenését (Z-ről Z-1-re) és egy neutrínó keletkezését eredményezi.A béta-bomlás végső szakaszában megfigyelt pozitron (fent) egy új részecske, amelynek létrehozásához 0,511 MeV nyugalmi tömegének energiája szükséges. Az elektronbefogás (alul) esetében nincs ilyen energiaküszöb. Mindkét esetben gyakorlatilag az összes felszabaduló energiát a könnyű részecskék hordozzák.
IN2P3

Az elektronbefogás a gyenge erő által okozott, viszonylag kis jelentőségű bomlási mód. A legismertebb példa a kálium 40 : A szervezetünkben jelen lévő kálium ezen izotópjának magjainak 11%-a elektronbefogással bomlik.
Az elektron befogása egy láthatatlan neutrínó kibocsátását váltja ki az atommagból.
Az elektron befogása ugyanolyan hatással van az atommagra, mint a pozitron kibocsátása: az egyik proton neutronná alakul át, 1 egységgel csökkentve az atommag globális elektromos töltését. Az elektronbefogás a béta-pozitív bomlással együtt a természet módszere annak biztosítására, hogy egyetlen atommag se váljon túl protonnehézzé.
A béta-mínusz bomlásnak azonban a Földön nincs versenytársa a neutronfelesleg csökkentésében, mivel a pozitronok befogása egy antianyagból álló világban történne.
A befogott elektron az atommag körül keringő elektronok csoportjába tartozik. Az ilyen befogások nehéznek bizonyulnak. Az elektronok többsége az atommaghoz képest nagy távolságban kering az atommag körül. Még a legbelső elektron K-rétegű elektronjai is messze vannak az atommag nagyon kis térfogatától, ahol a befogásért felelős gyenge erők működnek, és az elektront neutrínóvá alakítják át. Ez megmagyarázza, miért nehéz és ezért ritka az elektronbefogás.

Az elektronbefogás nehézségei
A pozitronemisszió és az elektronbefogás mögött gyenge erők állnak. Az elektronbefogás sokkal ritkábban fordul elő, mint a pozitron emissziója. Míg a béta-bomlás spontán is bekövetkezhet, ha energetikailag megengedett, addig az elektron befogásához a gyenge erők megkövetelik, hogy az elektron szoros kapcsolatba kerüljön az atommag egy protonjával. Annak a valószínűsége, hogy egy elektron, még ha a legbelső “K” héjhoz tartozik is, az atommag belsejében találja magát, valóban nagyon kicsi (a kálium 40 esetében az atommag térfogata a K réteg térfogatának kevesebb mint egy milliárdod része).
IN2P3

Az elektron befogása azonban energiatakarékosabb, mint versenytársa, a pozitronemisszió. Egy pozitron létrehozásához 511 keV-ra, a pozitron tömegenergiájára van szükség. Ha a bomlás során felszabaduló energia kisebb, mint 511 keV, akkor a pozitron kibocsátása (béta-plusz bomlás) nem megengedett. Ezen energiaküszöb alatt az elektronbefogás válik az egyetlen elérhető folyamattá a protonfelesleg csökkentésére.
Az elektronbefogás gyakran észrevétlenül megy végbe, mivel a felszabaduló energiát elszállító neutrínót nem lehet észlelni. A visszahulló atommag is alig mozdul, az a néhány mikron, amit lefed, túl kicsi ahhoz, hogy megfigyelhető legyen.
Ezek az események észrevétlenek maradnának, ha nem történne az atommag és az elektronhéj egyaránt átstrukturálódása. Az elektronokat általában a belső K rétegből fogják el, “lyukakat” hagyva maguk után. Az elektronszerkezetében lyukkal rendelkező atom átrendeződik, és eközben röntgensugarakat vagy Auger-elektronokat bocsát ki. Egy ilyen befogás az atommagot egy gerjesztett állapotban is hagyhatja, az alapállapotánál magasabb energiájú állapotban, aminek következtében deszekcitációs gamma-sugárzást bocsát ki.
Az elektronbefogás különleges bomlási módját ezért nagyon nehéz kimutatni. Ezt a sajátos bomlási módot csak 1937-ben fedezte fel Luis Alvarez (1911-1988) amerikai fizikus, mintegy negyven évvel a béta-negatív radioaktivitás felfedezése után, és csak néhány évvel a pozitron és a béta-pozitív bomlás megfigyelése után.
Luis Alvarez, a fizikai Nobel-díjas fizikus hosszú és fényes fizikusi karriert futott be. Az elektronbefogástól távol állva 1980-ban például a dinoszauruszok kihalásának ma már híres magyarázatát javasolta, azt állítva, hogy azt egy a Földdel mintegy 160 millió évvel ezelőtt összeütköző aszteroida okozta.
Az oldal francia nyelven