¿Qué le sucede a la masa durante la desintegración beta?

Perdón por ser ignorante, pero estoy en la escuela secundaria y nuestro profesor de química apenas pasó por el decaimiento beta. Decidí investigar un poco y aprendí que en la desintegración β+, los protones emiten positrones para convertirlos en un neutrón. Pero los positrones tienen masa, entonces, ¿de dónde viene esa masa? ¿Los protones "le dan masa"? Si es así, ¿por qué los protones no perderían masa y cómo podrían convertirse en neutrones si los neutrones son más masivos?

β La desintegración convierte un neutrón en un protón y un electrón, no un protón en un neutrón y un electrón.
Lo siento, arreglé lo que quise decir.
ah Ver Wikipedia : Sin embargo, la descomposición β+ no puede ocurrir en un protón aislado porque requiere energía debido a que la masa del neutrón es mayor que la masa del protón. La desintegración β+ solo puede ocurrir dentro de los núcleos cuando el núcleo hijo tiene una energía de enlace mayor (y, por lo tanto, una energía total más baja) que el núcleo madre.
Oh... está bien, pero ¿qué pasa con los positrones? ¿Están "tomando" un poco de la masa del protón?
El quark up emite un bosón W y se convierte en un quark down; el bosón W luego se desintegra, produciendo un positrón y un neutrino. La energía proviene de la diferencia en la energía de enlace. Consulte también physics.stackexchange.com/questions/92747/… .
Pero incluso entonces, el bosón W tiene más masa que el quark up o down. ¿ De dónde viene esa masa?
Puedes considerarlos como partículas virtuales.

Respuestas (2)

En la desintegración beta, la diferencia de masa entre las partículas madre e hija se convierte en la energía cinética de las partículas hijas. Por ejemplo, en la desintegración del neutrón libre,

( β  decadencia) norte pag + mi + v ¯ mi ,
la diferencia entre la masa de la izquierda y la masa de la derecha es aproximadamente 0.78 METRO mi V / C 2 , y esta es la energía liberada en el decaimiento. (Si eres una persona de química, un eV es una unidad de energía útil; el mi = metro C 2 la conversión es aproximadamente 1000 METRO mi V 1 a metro tu × C 2 .) Procesos equivalentes como
(captura de neutrinos) pag + v ¯ mi norte + mi +
no ocurren a menos que la energía cinética en el lado izquierdo ya sea lo suficientemente grande como para dar cuenta de la masa adicional en el lado derecho. Dado que la masa electrón/positrón es de aproximadamente 0.51 METRO mi V / C 2 , la captura de neutrinos en protones en reposo es imposible para neutrinos con menos de 1.80 METRO mi V energía cinética. Esto significa, entre otras cosas, que los neutrinos emitidos por la desintegración de neutrones en reposo nunca tendrán suficiente energía para provocar la emisión de positrones en protones en reposo en otro lugar.

Usted obtiene β decaen de los neutrones libres porque los neutrones libres son más pesados ​​que los protones libres. Sin embargo, no es el caso de todos los núcleos que las isobaras más positivas son menos masivas. Por ejemplo, la diferencia de masa entre el potasio-40 y el argón-40 es aproximadamente 1.50 METRO mi V / C 2 , con potasio (19 protones) más pesado que argón (18 protones), por lo que la descomposición

19 40 k 18 40 A r + β + + v mi + 0.48 METRO mi V
está permitido (aunque más raro que en otras ramas) y proceder alegremente dentro de los plátanos en el mostrador de la cocina.

En β + decae, lo que generalmente sucede es que la interacción débil convierte un núcleo atómico en un núcleo con número atómico disminuido en uno mientras emite un positrón ( mi + ) y un neutrino electrónico ( v mi ).

A Z X Z 1 A Y + mi + + v mi

Esto puede considerarse como la descomposición de un protón dentro del núcleo a un neutrón.

pag norte + mi + + v mi

β + la descomposición generalmente ocurre en núcleos ricos en protones. Sin embargo, β + El decaimiento no puede ocurrir en un protón aislado porque requiere energía , debido a que la masa del neutrón es mayor que la masa del protón.

Por ejemplo, tomemos la reacción nuclear.

19 40 k 18 40 A r + β + + v mi + 0.48 METRO mi V

En la reacción anterior, un protón de 19 40 k se convierte en un neutrón, disminuyendo el número atómico en 1 y haciéndolo 18 40 A r y manteniendo el mismo número de masa. Esto también emite un positrón ( β + o mi + ) y un neutrino electrónico y 0.48MeV de energía. Ahora puede parecer que la masa y la energía en RHS es mayor que en LHS, lo que genera dudas sobre la conservación de masa/energía.

Pero, así no es como β + obras de descomposición. β + La descomposición solo puede ocurrir dentro de los núcleos cuando el núcleo hijo tiene una energía de enlace mayor (y, por lo tanto, una energía total más baja) que el núcleo madre. La diferencia entre estas energías entra en la reacción de convertir un protón en un neutrón (ya que la energía es equivalente a la masa por la relación mi = metro C 2 ), un positrón y un neutrino y en la energía cinética de estas partículas.

Entonces, es un hecho que la energía de enlace de 18 40 A r (8,595261375 MeV) es mayor que la de la energía de enlace de 19 40 k (8,5380806 MeV), es decir, energía total del núcleo de 18 40 A r es menor que la energía total del núcleo de 19 40 k . Esta diferencia de energía compensa esa pequeña masa adicional necesaria para que el protón se convierta en un neutrón y emita un positrón (tiene masa), mientras que el neutrino puede considerarse sin masa. Esta diferencia de energía también contribuye a la energía cinética extra alcanzada por las partículas emitidas después de la reacción y también que 0.48MeV es parte de esta energía.

Recuerda que la masa no siempre tiene que conservarse, al igual que la energía (si crees que la masa y la energía son dos entidades diferentes). En las reacciones, especialmente en las reacciones nucleares, la masa a veces se convierte en energía y viceversa. Pero la masa total + energía de la reacción debe conservarse.