Wychwytywanie elektronów

Mniejszy tryb … konkurujący z emisją pozytonów

Emisja pozytonu a wychwyt elektronu
Emisja pozytonu i wychwyt elektronu są bliźniaczymi reakcjami, których wynikiem jest zmniejszenie liczby protonów o 1 (z Z do Z-1) i produkcja neutrina.Pozyton obserwowany w końcowym etapie rozpadu beta (u góry) jest nową cząstką wymagającą do powstania 0,511 MeV energii swojej masy spoczynkowej. Takiego progu energetycznego nie ma w przypadku wychwytu elektronu (dół). W obu przypadkach praktycznie cała uwolniona energia jest przenoszona przez cząstki lekkie.
IN2P3

Przechwytywanie elektronów jest stosunkowo niewielkim sposobem rozpadu spowodowanym działaniem siły słabej. Najbardziej znanym przykładem jest potas 40 : 11% jąder tego izotopu potasu obecnych w naszym organizmie rozpada się w wyniku wychwytu elektronu.
Wyłapanie elektronu powoduje emisję niewidocznego neutrina przez jądro.
Wyłapanie elektronu ma taki sam wpływ na jądro jak emisja pozytonu: jeden z jego protonów przekształca się w neutron, zmniejszając globalny ładunek elektryczny jądra o 1 jednostkę. Wychwyt elektronów, wraz z rozpadem beta-dodatnim, jest sposobem Natury na zagwarantowanie, że żadne jądro nie stanie się zbyt ciężkie protonowo. ierwotny rozpad beta-minus nie ma jednak konkurenta na Ziemi, jeśli chodzi o redukcję nadmiaru neutronów, ponieważ wychwytywanie pozytonów miałoby miejsce w świecie zbudowanym z antymaterii.
Złapany elektron należy do grupy elektronów orbitujących wokół jądra. Takie wychwytywanie okazuje się trudne. Większość elektronów orbituje wokół jądra w dużych w porównaniu z nim odległościach. Nawet najbardziej wewnętrzne elektrony warstwy K znajdują się daleko od bardzo małej objętości jądra, gdzie działają słabe siły odpowiedzialne za wychwyt i przekształcają elektron w neutrino. To wyjaśnia, dlaczego wychwyt elektronów jest trudny i dlatego rzadki.

Trudność wychwytu elektronów
Słabe siły stoją za emisją pozytonów i wychwytem elektronów. Wychwyt elektronu występuje znacznie rzadziej niż emisja pozytonu. Podczas gdy rozpad beta może zachodzić spontanicznie, gdy jest to energetycznie dozwolone, do wychwytu elektronu siły słabe wymagają, aby elektron wszedł w bliski kontakt z protonem jądra. Prawdopodobieństwo, że elektron, nawet należący do najbardziej wewnętrznej powłoki „K”, znajdzie się wewnątrz jądra jest naprawdę bardzo małe (dla potasu 40, objętość jądra jest mniejsza niż miliardowa część objętości warstwy K).
IN2P3

Jednakże, wychwyt elektronu jest bardziej ekonomiczny energetycznie niż emisja pozytonu, jego konkurenta. Do powstania pozytonu potrzeba 511 keV, energii masowej pozytonu. Jeśli energia uwolniona w rozpadzie jest mniejsza niż 511 keV, emisja pozytonu (rozpad beta-plus) nie jest dozwolona. Poniżej tego progu energetycznego wychwyt elektronów staje się jedynym dostępnym procesem pozwalającym zredukować nadmiar protonów. ychwyt elektronów często przebiega niezauważalnie, ponieważ neutrino, które przenosi uwolnioną energię, jest niemożliwe do wykrycia. Zwijające się jądro również ledwo się porusza, a kilka mikronów, które obejmuje, jest zbyt małych, by je zaobserwować.
Zdarzenia te pozostałyby niezauważone, gdyby nie restrukturyzacja, której ulegają zarówno jądro, jak i powłoki elektronowe. Elektrony są zazwyczaj wyłapywane z wewnętrznej warstwy K, pozostawiając za sobą „dziury”. Atom z luką w strukturze elektronowej przebudowuje się, emitując w tym procesie promienie X lub elektrony Augera. Taki wychwyt może również pozostawić jądro w stanie wzbudzonym, o wyższej energii niż stan podstawowy, powodując uwolnienie desekscytacyjnych promieni gamma.
W rezultacie, wychwyt elektronów jest bardzo trudny do wykrycia. Ten szczególny sposób rozpadu został odkryty dopiero w 1937 r. przez amerykańskiego fizyka Luisa Alvareza (1911-1988), jakieś czterdzieści lat po odkryciu promieniotwórczości beta-ujemnej i zaledwie kilka lat po zaobserwowaniu rozpadów pozytonowych i beta-dodatnich.
Luis Alvarez, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki, miał długą i błyskotliwą karierę jako fizyk. Na przykład, daleki od wychwytywania elektronów, zaproponował w 1980 r. słynne już wyjaśnienie wyginięcia dinozaurów, sugerując, że zostało ono spowodowane przez asteroidę zderzającą się z Ziemią około 160 mln lat temu.
Access to page in french