Captarea electronilor

Un mod minor … concurent cu emisia de pozitroni

Emisia de pozitroni versus captarea de electroni
Emisia unui pozitron și captarea unui electron sunt reacții gemene care au ambele ca rezultat diminuarea numărului de protoni cu 1 (de la Z la Z-1) și producerea unui neutrino.Positronul observat în etapa finală a dezintegrării beta (sus) este o particulă nouă care necesită 0,511 MeV din energia masei sale de repaus pentru a fi creată. Nu există un astfel de prag energetic în cazul captării electronului (jos). În ambele cazuri, practic toată energia eliberată este purtată de particulele ușoare.
IN2P3

Capturarea electronilor este un mod de dezintegrare relativ minor cauzat de forța slabă. Cel mai cunoscut exemplu este cel al potasiului 40 : 11% din nucleele acestui izotop de potasiu prezent în corpul nostru se dezintegrează prin captare electronică.
Capturarea electronului declanșează emisia unui neutrino invizibil de către nucleu.
Capturarea unui electron are același efect asupra unui nucleu ca și emisia unui pozitron: unul dintre protonii săi se transformă într-un neutron, diminuând sarcina electrică globală a nucleului cu 1 unitate. Capturarea electronilor, împreună cu dezintegrarea beta-pozitivă, este modul în care natura garantează că niciun nucleu nu devine prea încărcat cu protoni.
Dezintegrarea ordinară beta -minus nu are însă niciun concurent pe Pământ pentru a reduce un exces de neutroni, deoarece capturarea pozitronilor ar avea loc într-o lume făcută din antimaterie.
Electronul capturat face parte din grupul de electroni care orbitează în jurul nucleului. Astfel de capturi se dovedesc a fi dificile. Majoritatea electronilor orbitează în jurul nucleului la distanțe mari în comparație cu nucleul. Chiar și cei mai interiori electroni din stratul K al electronilor sunt departe de volumul foarte mic al nucleului, unde acționează forțele slabe responsabile de captură și care transformă electronul într-un neutrino. Acest lucru explică de ce captarea electronilor este dificilă și, prin urmare, rară.

Dificultatea captării electronilor
Forțele slabe stau la baza emisiei de pozitroni și a captării electronilor. Capturarea electronilor are loc mult mai rar decât emisia unui pozitron. În timp ce dezintegrarea beta poate avea loc spontan atunci când este permisă din punct de vedere energetic, pentru o captură de electron, forțele slabe necesită ca electronul să vină în contact strâns cu un proton al nucleului. Probabilitatea ca un electron, chiar și unul aparținând celui mai interior strat „K”, să se regăsească în interiorul nucleului este într-adevăr foarte mică (pentru potasiu 40, volumul nucleului este mai mic de o miliardime din volumul stratului K).
IN2P3

Cu toate acestea, captura de electroni este mai economică din punct de vedere energetic decât emisia de pozitroni, concurentul său. Crearea unui pozitron necesită 511 keV, energia de masă a pozitronului. În cazul în care energia eliberată în dezintegrare este mai mică de 511 keV, emisia unui pozitron (dezintegrare beta-plus) nu este permisă. Sub acest prag energetic, captarea electronilor devine singurul proces disponibil pentru a reduce un exces de protoni.
Captura de electroni trece adesea neobservată, deoarece neutrinul care transportă energia eliberată este imposibil de detectat. De asemenea, nucleul care se retrage abia se mișcă, cei câțiva microni pe care îi acoperă fiind prea mici pentru a putea fi observați.
Aceste evenimente ar trece neobservate dacă nu ar fi vorba de restructurarea pe care o suferă atât nucleul, cât și învelișul de electroni. Electronii sunt de obicei capturați din stratul K interior, lăsând „găuri” în urma lor. Un atom cu un gol în structura sa electronică se rearanjează, emițând în acest proces raze X sau electroni Auger. O astfel de captură poate, de asemenea, să lase nucleul într-o stare excitată, la o energie mai mare decât starea sa fundamentală, determinându-l să emită raze gamma de desexcitare.
Ca urmare, modul de dezintegrare particular de captură a electronilor este foarte greu de detectat. Acest mod particular de dezintegrare a fost descoperit abia în 1937 de către fizicianul american Luis Alvarez (1911-1988), la aproximativ patruzeci de ani după descoperirea radioactivității beta-negative și la doar câțiva ani după observarea dezintegrărilor pozitronică și beta-pozitivă.
Luis Alvarez, laureat al premiului Nobel pentru fizică, a avut o carieră lungă și strălucită ca fizician. De exemplu, departe de captarea electronilor, el a propus în 1980 o explicație, devenită celebră, a extincției dinozaurilor, sugerând că aceasta ar fi fost cauzată de ciocnirea unui asteroid cu Pământul în urmă cu 160 de milioane de ani.
Accesați pagina în limba franceză