קרינת בטא – הבדלי גרסאות
תוכן שנמחק תוכן שנוסף
מ יפלט->ייפלט - תיקון תקלדה בקליק |
אין תקציר עריכה |
||
שורה 13:
מבחינת [[המודל הסטנדרטי]], ברמת הקווארקים, קרינת בטא מינוס מתרחשת כאשר [[קווארק למטה]] אחד בנייטרון (נייטרון מכיל שני קווארקים למטה בעלי [[מטען חשמלי]] 1/3e- ו[[קווארק למעלה]] אחד בעל מטען 2/3e+) הופך לקווארק למעלה.
== התפרקות בטא והניטרינו ==
המחקר של התפרקות בטא סיפק הוכחה הפיזיקלית הראשונה לקיומו של הניטרינו. בהתפרקות אלפא ובהתפרקות גמא, לחלקיק האלפא או הגמא שנוצר הייתה אנרגיה בתחומים מוגדרים, מפני שהחלקיק בהתפרקויות אלה נושא את האנרגיה שמקורה בהבדל בין המצב הגרעיני הראשוני והסופי של הגרעין ממנו נפלט. לעומת זאת, התפלגות האנרגיה הקינטית, או הספקטרום, של חלקיקי בטא שנמדדו על ידי [[ליזה מייטנר]] ו[[אוטו האן]] בשנת 1911 ועל ידי Jean Danysz בשנת 1913, הראו כי לחלקיקים אלה אנרגיה קינטית המתפלגת בתחום רחב. מדידות אלו הצביעו על כך שלחלקיקי בטא יש ספקטרום רציף
<ref name="Jensen">{{cite book
|last1=Jensen |first1=C.
|year=2000
|title=Controversy and Consensus: Nuclear Beta Decay 1911-1934
|url=https://www.springer.com/birkhauser/physics/book/978-3-7643-5313-1
|publisher=[[Birkhäuser Verlag]]
|isbn=978-3-7643-5313-1
}}</ref> .
בשנת 1914, [[ג'יימס צ'דוויק]] השתמש בספקטרומטר מגנטי עם אחד המונים החדשים של [[הנס גייגר]] כדי לבצע מדידות מדויקות יותר שהראו שהספקטרום של קרינת בטא הוא רציף
<ref name="Jensen"/><ref>{{cite journal
|last=Chadwick |first=J.
|year=1914
|title=Intensitätsverteilung im magnetischen Spektren der β-Strahlen von Radium B + C
|language=de
|journal=[[Verhandlungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft]]
|volume=16 |pages=383–391
}}</ref>.
ההתפלגות של אנרגיות חלקיקי בטא הייתה בסתירה לכאורה לחוק שימור האנרגיה. אם התפרקות בטא הייתה פשוט פליטת אלקטרונים, כפי שהניחו באותה עת, אז האנרגיה של האלקטרון הנפלט צריכה להיות בעלת ערך מסוים ומוגדר היטב
<ref name=Brown>{{cite journal
|last1=Brown |first1=L. M.
|year=1978
|title=The idea of the neutrino
|journal=[[Physics Today]]
|volume=31 |issue=9 |pages=23–8
|bibcode=1978PhT....31i..23B
|doi=10.1063/1.2995181
}}</ref>.
עם זאת, עבור התפרקות בטא, ההתפלגות הרחבה של האנרגיות הראתה שבתהליך ההתפרקות בטא אובדת אנרגיה. הספקטרום הזה עורר תמיהה במשך שנים רבות.
בעיה שנייה הייתה קשורה לשימור ה[[תנע זוויתי]]. לדוגמא: התנע הזוויתי שנמדד עבור הספין הגרעיני של חנקן-14 היה 1 (כלומר שווה לקבוע פלאנק המופחת). באופן כללי, הספין הוא סכום שלם עבור גרעינים בעלי מסה זוגית וחצי שלם עבור גרעינים בעלי מסה אי זוגית. תופעה זו הוסברה מאוחר יותר על ידי מודל הפרוטון-נייטרון של הגרעין [8]. התפרקות בטא משאירה את המסה של הגרעין ללא שינוי, ולכן השינוי בספין הגרעיני חייב להיות מספר שלם. לעומת זאת, הספין של האלקטרונים בהתפרקות בטא הוא 1/2, ומכאן שתנע זוויתי לא נשמר אם התפרקות בטא הייתה רק פליטת אלקטרונים.
משנת 1920 עד 1927, [[צ'ארלס דראמונד אליס]] (יחד עם צ'דוויק ועמיתיו) קבע עוד שספקטרום ההתפרקות בטא הוא רציף. בשנת 1933, אליס ו[[נוויל מוט]] הציגו ראיות חותכות לקיום גבול עליון לאנרגיה בספקטרום בטא. נילס בוהר הציע הסבר לספקטרום הבטא בתנאי ששימור האנרגיה נכון רק במובן סטטיסטי, ולכן עיקרון זה עלול להיות מופר בכל התפרקות. אך הגבול העליון באנרגיות בטא שנקבע על ידי אליס ומוט שלל את הרעיון הזה. כך הלכה והחריפה הבעיה של השונות באנרגיה של תוצרי התפרקות הבטא, ושימור התנע הקווי והתנע הזוויתי בתהליך.
במכתב מפורסם שכתב [[וולפגנג פאולי]] ב-1930, הוא ניסה לפתור את חידת האנרגיה של חלקיקי בטא בכך שהציע שבנוסף לאלקטרונים ופרוטונים, גרעיני האטום מכילים גם חלקיק נייטרלי קל במיוחד, שאותו כינה הניטרון. הוא הציע שה"נייטרון" הזה נפלט גם במהלך התפרקות בטא (ובכך אחראי לאנרגיה החסרה הידועה, התנע הקווי והתנע הזוויתי), אבל הוא פשוט עדיין לא נצפה.
בשנת 1931, [[אנריקו פרמי]] שינה את שם ה"נייטרון" של פאולי ל"נויטרינו" ('נייטרון קטן' באיטלקית). ב-1933 פירסם פרמי את התיאוריה החשובה שלו לגבי התפרקות בטא, שם יישם את עקרונות מכניקת הקוונטים על חלקיקי חומר, בהנחה שניתן ליצור ולאיין אותם, בדיוק כמו קוונטים של האור במעברים אטומיים.
לפי פרמי, הניטרינו נוצרים בתהליך התפרקות הבטא, אינם קיימים בגרעין; וכך גם לגבי האלקטרונים. האינטראקציה של הניטרינו עם החומר הייתה כל כך חלשה שזיהויו באמצעות ניסיון היה קשה ביותר. עדות עקיפה נוספת לקיומו של הניטרינו הושגה על ידי צפייה ברתיעה של גרעינים שפלטו, לפי תיאוריה זו, ניטרינו לאחר קליטת אלקטרון. ניטרינו זוהה ישירות רק בשנת 1956 על ידי [[קלייד קואן]] ו[[פרדריק ריינס]] בניסוי הניטרינו של קואן-ריינס
<ref>{{cite journal
|last1=Cowan |first1=C. L., Jr.
|last2=Reines |first2=F.
|last3=Harrison |first3=F. B.
|last4=Kruse |first4=H. W.
|last5=McGuire |first5=A. D.
|year=1956
|title=Detection of the Free Neutrino: a Confirmation
|journal=[[Science (journal)|Science]]
|volume=124 |issue=3212 |pages=103–104
|bibcode=1956Sci...124..103C
|doi=10.1126/science.124.3212.103
|pmid=17796274
}}</ref>.
המאפיינים של ניטרינו היו (עם כמה שינויים קלים) כפי שחזו פאולי ופרמי.
==ראו גם==
| |||