最終更新日: 2023 年 5 月 7 日

β放射能とは何ですか？

画像: ベータ粒子のエネルギースペクトル。著者スプロールズ教育財団。
ベータ粒子の平均エネルギーは最大エネルギーより小さいこれは熱力学の第一法則に反するように思えます。解決するにはこの矛盾について、ヴォルフガング・パウリは 1930 年に、「失われた」エネルギーはエネルギーによって持ち去られると提案しました。別の粒子はまだ発見されておらず、彼は中性子と名付けたが、1933年にエンリコによってニュートリノと改名されたフェルミ、1956 年に実験的に観測されました。

β放射能のパズル

ベータ放射能は、不安定な原子核が粒子を放出する放射能の一種です。ベータ。電子 (β-) または陽電子 (β+) の場合があります。

原子核が不安定になると、過剰なエネルギーの一部を取り除くことで自身を安定させようとします。場合によってはベータ放射能の崩壊は、中性子または陽子を変換することによって起こりますベータ粒子とニュートリノまたは反ニュートリノに分かれます。
したがって、β崩壊では、中性子は陽子と電子に変化し、したがって原子核は電子を放出します。
で β+ 崩壊、陽子は中性子と陽電子に変化し、したがって原子核は放射します。陽電子。

ニュートリノが発見される前に、科学者たちは状況を観察していましたエネルギーと運動量の保存が破られているように見える場所放射性崩壊プロセス。たとえば、ベータ崩壊では、不安定な原子核がベータ粒子とニュートリノ（または反ニュートリノ）を放出します。しかし当時、科学者たちはニュートリノのことは分からず、放出されるベータ粒子の運動エネルギーに注目するは崩壊の総エネルギーに等しくなく、保存則に違反しますエネルギー。
熱力学の第一法則では、エネルギーは作成も破壊もされませんが、ある形式から別の形式に変換されるだけです。
この変革では、彼にはエネルギーが足りなかった！
したがって、エネルギー保存を放棄する必要がありましたが、時間の変換による物理法則の不変性。このアイデアは検討されましたが、物理学に深い影響を与えたでしょう。
これが私たちがパズルと呼んでいるものですベータ放射能！
実際、この時間の不変性は、相対性理論を含む物理学の多くの理論や発見の基礎となる物理学アインシュタインの制限力学と量子力学。システムのダイナミクスを理解できるようになりますエネルギーや量の保存などの複雑な物理学と現象動き。

β放射能の謎を解くために、オーストリアの理論物理学者は、 Wolfgang Pauli (1900-1958) は、崩壊によって 2 つの粒子が生成されるのではなく、三つ。この仮説では、エネルギー保存則が保存されます。
"…、私は持っている省エネ法と統計を節約するための予期せぬ解決策を発見しました。これは、スピン中性粒子の核内に存在する可能性です。排他原理に従うが、光子とは速度で移動しないという点で異なる光のことであり、私はそれを中性子と呼んでいます。」ヴォルフガング・パウリ、チューリッヒ、1930 年 12 月 4 日付けの手紙宛てテュービンゲンで行われた会議で、彼は行くことができなかった。
パウリはこう提案したその粒子は非常に軽く、電荷を持たず、相互作用は非常に弱かった。これは、なぜ検出が困難であったかを説明するでしょう。

1932年、英国の物理学者ジェームズ・チャドウィック（1891-1974）は、本物の素粒子を発見した陽子の質量と似た質量を持っていましたが、中性でした。チャドウィックはこう呼んだ粒子は「中性子」ですが、この粒子は仮想の粒子とは全く異なります。パウリが提案した。

エンリコ・フェルミは初めての詳細な崩壊理論を開発した追加の粒子が存在するというヴォルフガング・パウリの仮説を使用したベータ。この粒子にニュートリノ「小さな中性子」という名前を付けたのは彼です。フェルミが選んだのはこれパウリが提案した仮想粒子の名前。なぜなら、彼はこの粒子が電荷を持たず、物質と容易に相互作用しませんでした。そのため検出が困難でした。したがって、「ニュートリノ」という名前は、粒子のこれらの特性を反映しています。

フレデリック・ラインズ (1918-1998) とクライド・コーワン (1919-1974) が、米国のロスアラモス研究所から、ニュートリノの存在を実験的に発見する予定です。これは数十年前にパウリとフェルミによって理論的に提案されていました。