O que é a Lei de Conservação em Decaimento Beta – Definição

Decaimento beta ou decaimento β representa a desintegração de um núcleo parental para uma filha através da emissão da partícula beta. Essa transição ( β ^– decaimento ) pode ser caracterizada como:

Leis de Conservação em Decaimento Beta

Ao analisar as reações nucleares , aplicamos as muitas leis de conservação . As reações nucleares estão sujeitas às leis clássicas de conservação de carga, momento, momento angular e energia  (incluindo energias de repouso). Leis de conservação adicionais, não previstas pela física clássica, são:

• Lei de Conservação do Número Lepton
• Lei de Conservação do Número Baryon
• Lei de Conservação de Carga Elétrica

Certas leis são obedecidas em todas as circunstâncias, outras não. Aceitamos a conservação de energia e momento. Em todos os exemplos dados, assumimos que o número de prótons e o número de nêutrons são conservados separadamente. Encontraremos circunstâncias e condições nas quais essa regra não é verdadeira. Onde estamos considerando reações nucleares não relativísticas, é essencialmente verdade. No entanto, quando estivermos considerando energias nucleares relativísticas ou aquelas que envolvem interações fracas, descobriremos que esses princípios devem ser estendidos.

Alguns princípios de conservação surgiram de considerações teóricas, outros são apenas relações empíricas. Não obstante, qualquer reação que não seja expressamente proibida pelas leis de conservação geralmente ocorrerá, se talvez a um ritmo lento. Essa expectativa é baseada na mecânica quântica. A menos que a barreira entre os estados inicial e final seja infinitamente alta, sempre há uma probabilidade diferente de zero de que um sistema faça a transição entre eles.

Para fins de análise de reações não relativísticas, basta observar quatro das leis fundamentais que governam essas reações.

1. Conservação de núcleons . O número total de núcleons antes e depois de uma reação é o mesmo.
2. Conservação de carga . A soma das cargas em todas as partículas antes e depois de uma reação é a mesma
3. Conservação do momento . O momento total das partículas que interagem antes e depois de uma reação é o mesmo.
4. Conservação de energia . A energia, incluindo a energia restante da massa, é conservada em reações nucleares.

Referência: Lamarsh, John R. Introdução à engenharia nuclear 2ª edição

Espectro de energia da deterioração beta

Tanto no  decaimento alfa  quanto no  gama , a partícula resultante (partícula alfa  ou  fóton ) tem uma  distribuição de energia estreita , uma vez que a partícula carrega a energia da diferença entre os estados nucleares inicial e final. Por exemplo, no caso de decaimento alfa, quando um núcleo pai se decompõe espontaneamente para produzir um núcleo filha e uma partícula alfa, a soma da massa dos dois produtos não é igual à massa do núcleo original (consulte  Defeito em massa ) . Como resultado da lei de conservação de energia, essa diferença aparece na forma da  energia cinética da partícula alfa. Como as mesmas partículas aparecem como produtos a cada quebra de um núcleo pai em particular, a diferença de massa deve  sempre ser a mesma e a energia cinética  das partículas alfa também deve sempre ser a mesma. Em outras palavras, o feixe de partículas alfa deve ser  monoenergético . 

Esperava-se que as mesmas considerações fossem válidas para um núcleo pai se decompor em um núcleo filha e  uma partícula beta . Como apenas o elétron e o núcleo da filha que recuava foram observados com decaimento beta, o processo foi inicialmente  assumido como sendo um processo de dois corpos , muito parecido com o decaimento alfa. Parece razoável supor que as partículas beta também formem um  feixe monoenergético .

Para demonstrar a energética do corpo de dois decaimento beta, considerar o decaimento beta no qual um electrão é emitido e o núcleo pai está em repouso,  c onservation de energia  requer:

Como o elétron é uma partícula muito mais leve, esperava-se que ele levasse a maior parte da energia liberada, o que teria um valor único  T _e- .

Mas a realidade era diferente . O espectro de partículas beta medido por Lise Meitner e Otto Hahn em 1911 e por Jean Danysz em 1913 mostrou várias linhas em um fundo difuso, no entanto. Além disso, virtualmente todas as partículas beta emitidas possuem energia abaixo da prevista pela conservação de energia em decaimentos de dois corpos. Os elétrons emitidos no  decaimento beta têm um  espectro contínuo, em vez de discreto, que parece contradizer a conservação de energia, sob a suposição atual de que o decaimento beta é a simples emissão de elétrons de um núcleo. Quando isso foi observado pela primeira vez,  parecia ameaçar a sobrevivência de uma das leis de conservação mais importantes da física !

Para explicar essa liberação de energia,  Pauli propôs  (em 1931) que no processo de decaimento fosse emitida  outra partícula , mais tarde nomeada por Fermi como  neutrino . Ficou claro que essa partícula deve ser altamente penetrante e que a conservação da carga elétrica exige que o neutrino seja eletricamente neutro. Isso explicaria por que era tão difícil detectar essa partícula. O termo neutrino vem do italiano que significa “pouco neutro” e os neutrinos são denotados pela letra grega  ν (nu) . No processo de decaimento beta, o neutrino carrega a energia que falta e também nesse processo a lei de  conservação de energia permanece válida .