Letzte Aktualisierung: 7. Mai 2023

Was ist β-Radioaktivität?

Bild: Energiespektrum des Betateilchens. AutorSprawls lehrreich Stiftung.
Die durchschnittliche Energie des Betateilchens ist geringer als die maximale Energie des Zerfalls, was im Widerspruch zum ersten Hauptsatz der Thermodynamik zu stehen scheint. Zu lösen Um dieses Paradox zu lösen, schlug Wolfgang Pauli 1930 vor, dass die „fehlende“ Energie durch a weggetragen würde ein weiteres, noch nicht entdecktes Teilchen, das er Neutron nannte und 1933 von Enrico in Neutrino umbenannte Fermi und wurde 1956 experimentell beobachtet.

Das Rätsel der β-Radioaktivität

Beta-Radioaktivität ist eine Art von Radioaktivität, bei der ein instabiler Atomkern ein Teilchen aussendet Beta, das ein Elektron (β-) oder ein Positron (β+) sein kann.

Wenn ein Kern instabil ist, Es versucht sich zu stabilisieren, indem es einen Teil seiner überschüssigen Energie loswird. Im Fall Der Zerfall der Beta-Radioaktivität erfolgt durch Umwandlung eines Neutrons oder Protons in ein Betateilchen und ein Neutrino oder Antineutrino.
Somit ist beim β-Zerfall Ein Neutron wandelt sich in ein Proton und ein Elektron um, der Kern gibt also ein Elektron ab.
In Beim β+-Zerfall wandelt sich ein Proton in ein Neutron und ein Positron um, der Kern emittiert also ein Positron.

Vor der Entdeckung des Neutrinos hatten Wissenschaftler Situationen beobachtet wo die Energie- und Impulserhaltung offenbar verletzt wurde radioaktiver Zerfallsprozess. Zum Beispiel beim Beta-Zerfall, dem instabilen Kern emittiert ein Betateilchen und ein Neutrino (oder Antineutrino). Aber damals, Wissenschaftler Ich kenne das Neutrino nicht und stelle fest, dass die kinetische Energie des Betateilchens emittiert wird ist nicht gleich der Gesamtenergie des Zerfalls, was gegen das Erhaltungsgesetz verstößt Energie.
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass es keine Energie geben kann weder erschaffen noch zerstört, sondern nur von einer Form in eine andere umgewandelt.
Bei dieser Transformation Ihm fehlte die Energie!
Daher musste auch auf die Energieeinsparung verzichtet werden zur Invarianz physikalischer Gesetze durch Zeittranslation. Diese Idee wurde aber erwogen hätte tiefgreifende Auswirkungen auf die Physik gehabt.
Das ist es, was wir das Puzzle genannt haben Beta-Radioaktivität!
Tatsächlich ist diese Invarianz der Zeit ein Grundprinzip von die Physik, die vielen Theorien und Entdeckungen in der Physik zugrunde liegt, einschließlich der Relativitätstheorie Einsteins eingeschränkte und Quantenmechanik. Es ermöglicht uns, die Dynamik von Systemen zu verstehen komplexe Physik und Phänomene wie Energieerhaltung und Energiemenge Bewegung.

Um das Rätsel der β-Radioaktivität zu lösen, hat ein österreichischer theoretischer Physiker Wolfgang Pauli (1900-1958) vertrat die Idee, dass beim Zerfall nicht zwei Teilchen entstehen, sondern drei. In dieser Hypothese werden die Gesetze der Energieerhaltung gespeichert.
„..., das habe ich entdeckte ein unerwartetes Mittel, um Gesetze und Statistiken zur Energieeinsparung zu retten. Dies ist die Möglichkeit der Existenz spinneutraler Teilchen in den Kernen, gehorchend nach dem Ausschlussprinzip, unterscheiden sich jedoch von Photonen dadurch, dass sie sich nicht mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen aus Licht, und was ich Neutronen nenne. Wolfgang Pauli, Zürich, Brief vom 4. Dezember 1930 adressiert auf einer Konferenz, die in Tübingen stattfand und zu der er nicht gehen konnte.
Pauli hat das vorgeschlagen Sein Teilchen war sehr leicht, hatte keine elektrische Ladung und wechselwirkte nur sehr schwach mit Materie, was erklären würde, warum es schwierig war, es nachzuweisen.

Im Jahr 1932 Der britische Physiker James Chadwick (1891-1974) entdeckte ein echtes subatomares Teilchen das eine ähnliche Masse wie das Proton hatte, aber neutral war. Chadwick nannte das Teilchen das „Neutron“, aber dieses Teilchen ist völlig anders als das hypothetische Teilchen vorgeschlagen von Pauli.

Enrico Fermi entwickelte die erste detaillierte Zerfallstheorie Beta unter Verwendung der Hypothese von Wolfgang Pauli über die Existenz eines zusätzlichen Teilchens. Er ist es, der diesem Teilchen den Namen Neutrino „kleines Neutron“ gibt. Fermi hat sich dafür entschieden Name für das hypothetische Teilchen, das Pauli vorgeschlagen hat, weil er dieses Teilchen gefunden hat hatte keine elektrische Ladung und interagierte nicht leicht mit Materie was die Erkennung erschwerte. Der Name „Neutrino“ spiegelt daher diese Eigenschaften des Teilchens wider.

Erst 1956 traten Frederick Reines (1918–1998) und Clyde Cowan (1919–1974) bei vom Labor Los Alamos in den Vereinigten Staaten wird experimentell die Existenz von Neutrinos entdecken, die einige Jahrzehnte zuvor von Pauli und Fermi theoretisch vorgeschlagen worden war.