3. Электронный β – распад

β-Распад характерен для большого числа радиоактивных изотопов. В результате опытов по изучению отклонения β-частиц в магнитном и электрическом полях было установлено, что (β—лучи являются потоком электронов, движущихся со скоростью, составляющей от 0,1 до 0,99 скорости света. Внутри ядер электроны существовать не могут, они возникают при β-распаде в результате превращения

нейтрона в протон. Этот процесс может происходить не только внутри ядра, но и со свободными нейтронами.

При бета-распаде из ядра вылетает электрон. Измерения показали, что в этом процессе наблюдается кажущееся нарушение закона сохранения энергии, так как суммарная энергия протона и электрона, возникающих при распаде нейтрона, меньше энергии нейтрона. В 1931 году В. Паули высказал предположение, что при распаде нейтрона выделяется еще одна частица с нулевыми значениями массы и заряда, которая уносит с собой часть энергии. Новая частица получила название нейтрино (маленький нейтрон). Из-за отсутствия у нейтрино заряда и массы эта частица очень слабо взаимодействует с атомами вещества, поэтому ее чрезвычайно трудно обнаружить в эксперименте. Ионизирующая способность нейтрино столь мала, что один акт ионизации в воздухе приходится приблизительно на 500 км пути. Эта частица была обнаружена лишь в 1953. В настоящее время

известно, что существует несколько разновидностей нейтрино. В процессе распада нейтрона возникает частица с нулевой массой покоя, которая называется электронным антинейтрино. Она обозначается символом .

Теория β-распада была создана в 1933 году Э. Ферми, который использовал гипотезу В. Паули о рождении в β - распаде нейтральной частицы, имеющей близкую к нулю массу покоя и названной нейтрино ν. Ферми обнаружил, что β-распад обусловлен новым типом взаимодействия частиц в природе – «слабым» взаимодействием и связан с процессами превращения в родительском ядре нейтрона в протон с испусканием электрона е- и антинейтрино ν (β--распад), протона в нейтрон с испусканием позитрона е+ и нейтрино ν (β+-распад), а также с захватом протоном атомного электрона

и испусканием нейтрино v (электронный захват).

В процессе -распада выделяется энергия.

- = [M^Я (A,Z) - M^Я (A,Z+1) - me]c² - β^- - распад,

+ = [M^Я (A,Z) - M^Я (A,Z-1) - me]c² - β⁺ - распад,

Е_е-з = [M^Я(A,Z) + мm_е – M^Я(A,Z-1)]c² - е- захват,

где M^Я - массы ядер, m_е - масса электрона.

В 1934 Ферми заложил основы теории слабых взаимодействий и β-распада. К 1958 эта теория была обобщена в универсальную четырехфермионную теорию слабых взаимодействий, согласно которой элементарный процесс слабого взаимодействия представляет собой локальное взаимодействие четырех фермионов, т. е. частиц с полуцелыми спинами. В настоящее время процессы как слабого, так и электромагнитного взаимодействия находят объяснение в новой теории - объединенной теории электрослабых взаимодействий. Согласно этой теории, слабое взаимодействие осуществляется путем обмена виртуальными промежуточными бозонами. В теории Ферми предполагалось, что взаимодействие, которое приводит к бета-распаду мало по сравнению с взаимодействием, которое формирует состояния ядра.