Бета-распад (8)

(beta decay) Если рассмотреть превращения ядер атомов одних радиоактивных элементов в дру­гие (см. Радиоактивность и Радиоактивные семей­ства), то видно, что большинство их сопровождается испусканием или электронов (бета-частиц), или аль­фа-частиц. Испускание альфа-частиц кажется более или менее понятным. Это осколки, «отторгающиеся» от распадающегося ядра атома. Но вот откуда бе­рутся в ядре атома электроны? Ведь оно состоит толь­ко из протонов и нейтронов. Возможно единственное предположение: электро­ны рождаются в ядре в результате каких-то внут­ренних превращений. Это и удалось установить на примере распада ядра атома трития (сверхтяжелого водорода), состоящего из одного протона и двух нейтронов. Вместо него получается ядро изотопа гелия-3, состоящее из двух протонов и одного нейт­рона, и свободный электрон. Куда-то исчез один нейтрон, но зато вместо него появились протон и электрон. Получается, что рождение и испускание электрона досталось ценой превращения одного из нейтронов в протон. Известны и другие ядерные реакции, когда вместо электрона ядро атома испускает позитрон — точно такую же частицу, как электрон, но не с отрица­тельным, а с положительным электрическим заря­дом. Например, радиоактивный изотоп азот-13, со­стоящий из семи протонов и шести нейтронов, после распада превращается в ядро атома углерода-13, у которого уже шесть протонов и семь нейтронов, и испускает при этом один позитрон. Ответ на естественный вопрос ученых был полу­чен, когда удалось установить, что протоны и нейт­роны в процессе радиоактивного распада возбужден­ных ядер атомов могут превращаться друг в друга, а оказавшийся лишним положительный или отри­цательный заряд уносится или электроном или по­зитроном. В случае электронной радиоактивности, когда один из нейтронов превращается в протон, а отрицательный заряд уносится электроном, об­щий положительный заряд ядра атома увеличивает­ся на единицу. А это будет уже ядро изотопа атома нового, более тяжелого элемента периодической таблицы, например, гелия-3, а не трития-3. При позитронной радиоактивности, когда протон превра­шдется в нейтрон, а положительный электрический заряд уносится позитроном, общий положительный заряд ядра атома уменьшается на единицу, в ре­зультате чего появляется ядро атома изотопа но­вого, более легкого элемента, например,углерода-13, а не азота-13. После того как все сказанное удачно разложилось «по полочкам», возникла новая загадка. Стал не сходиться баланс энергий. При каждом таком пере­ходе ядро теряет определенную энергию, а так как испускаемый им электрон или позитрон обладает самыми различными энергиями, часть энергии и вовсе куда-то пропадает. Некоторые ученые, стоящие на идеалистических позициях, объявили было о кру­шении закона сохранения энергии. Вскоре было доказано, что одновременно с электроном или пози­троном ядро испускает еще одну частичку, не имеющую никакого электрического заряда, обла­дающую ничтожно малой массой, но летящую с огромной скоростью, равной скорости света. Новую частицу назвали нейтрино (маленький нейтрон). Она-то и уносит недостающую для точного баланса малую толику энергии. Таким образом, превращение внутри ядра нейтро­на в протон сопровождается испусканием электрона и нейтрино, а превращение протона в нейтрон — испусканием позитрона и нейтрино. Довольно логическая и понятная картина таких превращений несколько усложнилась после того, как было установлено, что в природе фактически существует не одна, а две разновидности почти иден­тичных нейтрино. Одно рождается при реакциях, сопровождающихся испусканием ядром атома или какой-либо иной частицей электрона, другое — при распаде элементарной частицы — мю-мезона. По­этому первое из них называют нейтрино электрон­ное, второе — нейтрино мюонное (мю-мезонное) (см. Нейтрино, Мезоны).