Бета-процессы

БЕТА-ПРОЦЕССЫ - обусловленные слабым взаимодействием элементарных частиц процессы взаимного превращения свободных или связанных в ядрах нейтронов (n) и протонов (р). Б.-п. сопровождаются образованием или поглощением бета-частиц [электронов (е^-) пли позитронов (е⁺)], а также нейтрино (v) или антинейтрино (). К Б.-п. относятся: 1) бета-распад b^--распад: nр+е^-+; b⁺-распад в ядре: рn +е⁺+v_e); 2) электронный или позитронный захват: е^-+рn+v_e или е⁺+nр + ; 3) реакции захвата нейтрино или антинейтрино - т. н. обратный бета-распад, напр. v_e+nе^-+р или +ре⁺+n. В свободном состоянии нейтрон неустойчив и распадается: np+е^- + . Бета-радиоактивность свободных нейтронов характеризуется периодом полураспада >11,6 мин (ср. время жизни >15,3 мин). В связанном состоянии, в атомных ядрах, характер устойчивости меняется. В стабильных ядрах нуклоны (нейтроны, протоны) устойчивы. В ядрах, перегруженных протонами или нейтронами (со значит, превышением числа нейтронов над протонами), может происходить бета-распад. Ядра, перегруженные нейтронами, испускают при бета-распаде е^- и , а перегруженные протонами - е⁺ н v_e. При электронном бета-распаде ядро превращается в изотоп следующего в периодич. системе хим. элемента, при позитронном - в изотоп предшествующего элемента. Энергия, выделяющаяся при бета-распаде, заключена в пределах от (0,0186 МэВ () до 13,43 МэВ (). Особый случай Б.-п.- электронный захват, когда ядро захватывает связанный электрон из электронной оболочки атома или свободный электрон из окружающей плазмы.

Большинство процессов выделения ядерной анергии в звёздах связано с Б.-н. Первичная реакция водородного цикла - столкновение двух свободных протонов - сопровождается Б.-п. В водородном цикле к бета-процессам относятся ещё процессы ⁷Ве+е^-7Li+v_e, ⁸В⁸Ве*+e⁺+v_e (⁸Be* - ядро ⁸Ве, находящееся на возбуждённом уровне энергии). Второй из них имеет фундаментальное значение для нейтринной астрономии, т. к. даёт нейтрино относительно высокой энергии, доступные обнаружению. Углеродный цикл ядерных реакций в звёздах состоит из чередования процессов захвата протона н Б.-п.

При высоких темп-рах становятся существенными процессы электронного захвата с образованием бета-неустойчивого ядра и позитронного захвата. Сочетание подобных Б.-п. и бета-распада образует т. н. урка-процесс - важный возможный источник нейтрино в звёздах и др. космич. объектах. Скорость Б.-п. существенно возрастает при высоких темн-рах и плотностях плазмы, реализующихся на поздних стадиях эволюции звёзд. При гравитационном коллапсе звёзд с превращением их в нейтронные звёзды энергично происходит реакция нейтронизации (электронного захвата) водорода или элементов железного пика, т. о. е^-+ рn+v_e и е^-+(A, Z)v_e+(A, Z - 1) (для элемента с атомным номером А и зарядом ядра Z). При взрывах сверхновых звёзд Б.-п. определяют важное для нуклеосинтеза соотношение между концентрациями связанных в ядрах нейтронов и протонов.

По совр. представлениям, Б.-п. явл. процессами второго порядка, протекающими через посредство промежуточной виртуальной частицы - бозона W⁺. Напр., бета-распад нейтрона происходит в два этапа: np+W^- и W^-е^-+ . Масса W⁺ составляет (81 + 2) ГэВ, эти частицы были обнаружены в 1983 г. при взаимодействии встречных пучков протонов и антипротонов с энергией 270 ГэВ (ЦЕРН, Женева).

(Д.А. Франк-Каменецкий, М.Ю. Хлопов)