Beta förfall är när en instabil atomkärna sönderfaller (radioaktivt) genom att avge en beta-partikel; när beta-partikeln är en elektron är den β– förfall, och när en positron, β+ förfall.
Betastrålar, som en distinkt del av strålarna som avges i radioaktivitet, upptäcktes av Rutherford 1899, bara några år efter att radioaktiviteten i sig upptäcktes (1896). Detta är dock beta minus förfall ... upptäckten av beta plus förfall (av Irène och Frédéric Joliot-Curie, 1934) kom efter upptäckten av positronen (i kosmiska strålar, 1932) och den (då) kontroversiella 'uppfinningen' av neutrino (av Pauli, 1931) för att redogöra för det kontinuerliga energispektret för elektroner i beta-förfall. Det var också 1934 som Fermi publicerade - på italienska och tyska (Naturen ansåg idén för spekulativ !!) - hans teori om beta-förfall (för mer information om detta, kolla in denna Hyperfysik-sida).
I beta minus förfall ändras en neutron till en proton, antineutrino och elektron; denna omvandling beror på den svaga växelverkan (eller den svaga kraften) ... en ner kvark (i neutronen) blir en upp kvark och avger en W– boson (en av tre bosoner som förmedlar den svaga interaktionen), som sedan sönderfaller till en elektron och en antineutrino.
Beta plus förfall - som också kallas omvänd beta-sönderfall - innebär omvandling av en proton till en neutron, positron och neutrino.
Så varför förfaller isolerade neutroner (men de i stabila kärnor, och de i neutronstjärnor, inte)? Och varför är isolerade protoner stabila, men de i vissa radioaktiva kärnor inte? Det handlar om energi ... om ett tillstånd (en isolerad neutron, säger) har en högre energi än en annan (proton plus elektron plus antineutrino), så kommer den första att förfalla till den andra (baryonumret för de två tillstånden måste vara samma , ditto leptonnummer, och så vidare).
Det finns också en sällsynt dubbel beta-sönderfall, där två beta-partiklar släpps ut; det har observerats, i vissa instabila isotoper, som förutsagt. Det finns en typ av dubbel beta-sönderfall - kallad neutrino-mindre dubbel beta-sönderfall (bilden ovan är från COBRA-projektet, en studie av detta) - som studeras intensivt (även om inget sådant sönderfall ännu har observerats), eftersom det kan vara ett av de mycket få lättöppnade fönstren i fysiken utöver standardmodellen (se denna WIPP-sida för mer information).
Berkeley Lab har en snygg guide till Nuclear Wallchart (undertexter "Du behöver inte vara kärnfysiker för att förstå kärnvetenskap“!) Vid beta-förfall, och denna Ohio University-sida - Alpha- och beta-förfall - lägger mer tekniskt kött på de nakna översiktsbenen.
Pushing the Polite Boundaries of Science About Dark Matter är en Space Magazine-berättelse som har en tangentiell referens till beta-förfall (det är i kommentarerna!).
Finns det relevanta avsnitt med Astronomy Cast? Säker! Nukleosyntes: Element från stjärnor, de starka och svaga kärnkraften och antimatter.
Källa:
Wikipedia
