Desintegración beta para niños
La desintegración beta es un proceso en el que un núcleo atómico inestable emite una partícula especial, llamada partícula beta. Esto ocurre para que el núcleo pueda equilibrar mejor la cantidad de sus neutrones y protones.
Cuando un núcleo no tiene el equilibrio correcto de neutrones y protones, algunos neutrones pueden convertirse en protones, o algunos protones pueden convertirse en neutrones. Como resultado de este cambio, el núcleo emite una partícula beta y otra partícula muy pequeña llamada neutrino electrónico o antineutrino electrónico.
La partícula beta puede ser un electrón (llamada beta menos, β–) o un positrón (llamada beta más, β+). Es importante saber que estas partículas beta vienen del núcleo del átomo, no son los electrones que giran alrededor del átomo.
En este tipo de desintegración, la suma total de neutrones y protones en el núcleo (conocida como número másico) se mantiene igual. Lo que cambia es que la cantidad de neutrones disminuye (o aumenta) y la cantidad de protones aumenta (o disminuye) en la misma medida. Así, el núcleo se vuelve más estable.
La desintegración beta es posible gracias a una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, conocida como la fuerza débil. Esta fuerza permite que los quarks (las partículas que forman los protones y neutrones) cambien de tipo. Por ejemplo, un neutrón, que tiene dos quarks "down" y uno "up", puede convertirse en un protón, que tiene un quark "down" y dos "up".
A veces, la captura de electrones también se considera un tipo de desintegración beta. En este proceso, un protón en el núcleo captura un electrón cercano, convirtiéndose en un neutrón y liberando un neutrino electrónico.
Contenido
Tipos de desintegración beta
Existen dos tipos principales de desintegración beta: beta menos (β-) y beta más (β+).
Desintegración beta menos (β-)
En la desintegración beta menos, un neutrón dentro del núcleo se transforma en un protón. Al mismo tiempo, se crea y se emite un electrón (la partícula beta menos) y un antineutrino electrónico.
Este proceso se puede representar así:
Un ejemplo de esto es la desintegración del carbono-14 en nitrógeno-14. El carbono-14 es un tipo de átomo que se usa para fechar objetos antiguos. Su vida media (el tiempo que tarda la mitad de una muestra en desintegrarse) es de unos 5730 años.
- 14
6C → 14
7N + electrón e- + ν- e
Cuando esto sucede, el elemento original se convierte en un elemento químico diferente. El número total de partículas en el núcleo (número másico) no cambia, pero el número de protones (número atómico) aumenta en uno. Al átomo original se le llama "nucleido padre" y al nuevo átomo se le llama "nucleido hijo".
Otro ejemplo es la desintegración del hidrógeno-3 (también llamado tritio) en helio-3, con una vida media de unos 12,3 años.
- 3
1H → 3
2He + electrón e- + ν-e
Desintegración beta más (β+)
En la desintegración beta más, un protón dentro del núcleo se transforma en un neutrón. En este proceso, se crea y se emite un positrón (la partícula beta más) y un neutrino electrónico. La desintegración β+ también se conoce como emisión de positrones.
Este proceso se puede representar así:
Un ejemplo es la desintegración del magnesio-23 en sodio-23, con una vida media de unos 11,3 segundos.
- 23
12Mg → 23
11Na + positrón e+ + νe
En este caso, el elemento resultante también es diferente, pero su número atómico (cantidad de protones) disminuye en uno.
Historia de la desintegración beta
Descubrimiento y primeras observaciones
La radiactividad fue descubierta en 1896 por Henri Becquerel al estudiar el uranio. Más tarde, Marie Curie y Pierre Curie también la observaron en otros elementos como el torio, el polonio y el radio.
En 1899, Ernest Rutherford clasificó las emisiones radiactivas en dos tipos: alfa y beta. Se dio cuenta de que los "rayos alfa" podían ser detenidos fácilmente por una hoja de papel, mientras que los "rayos beta" podían atravesar varios milímetros de aluminio. En 1900, Paul Villard descubrió un tercer tipo de radiación aún más penetrante, que Rutherford llamó rayos gamma en 1903. Los nombres alfa, beta y gamma vienen de las primeras letras del alfabeto griego.
En 1900, Becquerel demostró que las partículas beta eran en realidad electrones, al medir su relación entre masa y carga. En 1901, Rutherford y Frederick Soddy descubrieron que la radiactividad alfa y beta transformaba un tipo de átomo en otro. En 1913, Soddy y Kazimierz Fajans propusieron una ley que explicaba que la emisión beta cambiaba un elemento a otro que estaba un lugar a la derecha en la tabla periódica.
El misterio de los neutrinos
El estudio de la desintegración beta fue clave para descubrir la existencia de una partícula muy especial: el neutrino. Cuando los científicos medían la energía de las partículas beta emitidas, se dieron cuenta de que no siempre tenían la misma energía. Esto era extraño, porque la ley de conservación de la energía dice que la energía total en un proceso debe mantenerse constante. Parecía que se perdía energía en la desintegración beta.
Este problema desconcertó a los científicos durante muchos años. Además, había otro problema relacionado con la conservación del momento angular (una especie de "giro" de las partículas).
Para resolver estos misterios, en 1930, el científico Wolfgang Pauli propuso que, además del electrón, se emitía otra partícula muy ligera y sin carga durante la desintegración beta. A esta partícula la llamó "neutrón" al principio, pero en 1931, Enrico Fermi la rebautizó como "neutrino" (que significa "pequeño neutro" en italiano).
Fermi desarrolló una teoría en 1933 que explicaba que los neutrinos se creaban durante la desintegración beta, no que ya estuvieran en el núcleo. Los neutrinos son muy difíciles de detectar porque interactúan muy poco con la materia. Sin embargo, fueron detectados directamente en 1956 por los físicos Clyde Cowan y Frederick Reines, confirmando las ideas de Pauli y Fermi.
¿Cómo funciona la desintegración beta?
La desintegración beta ocurre debido a la interacción nuclear débil. Esta fuerza permite que un neutrón se convierta en un protón (en la desintegración β–) o un protón en un neutrón (en la desintegración β+), y al mismo tiempo crea un par de partículas: un leptón y un antileptón.
Explicación de Fermi
La primera explicación detallada de la desintegración beta fue dada por Enrico Fermi en 1933. Su teoría, que se hizo muy conocida, aplicó las reglas de la mecánica cuántica para explicar cómo las partículas pueden crearse y desaparecer durante estos procesos. Fermi también desarrolló la primera teoría de la fuerza débil.
En los núcleos atómicos, los protones y neutrones están constantemente interactuando. Sin embargo, cuando hay un desequilibrio (demasiados neutrones o demasiados protones), las reacciones de desintegración beta se vuelven más probables. Por ejemplo, si hay un exceso de neutrones, algunos de ellos pueden transformarse en protones, liberando un electrón y un antineutrino. Si hay un exceso de protones, algunos pueden transformarse en neutrones, liberando un positrón y un neutrino.
Galería de imágenes
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Un espectro beta, mostrando una típica división de energía entre el electrón y el antineutrino
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Espectro de emisión de la partícula beta.
Véase también
En inglés: Beta decay Facts for Kids
