Beta parchalanishiga oʻtish

Yadro fizikasida betta-parchalanishga oʻtish — bu betta-parchalanishga uchragan atom yadrosi holatining oʻzgarishi hisoblanadi. Beta-parchalanish jarayonida yadro betta-zarracha va mos keladigan neytrino chiqaradi, dastlab nuklidni massasi bir xil, lekin zaryadi har xil boʻlgan nuklidga aylantiradi.

Beta-parchalanishning bir necha turlari mavjuddir. Fermi oʻtishida ikkita chiqarilgan zarrachaning spinlari birlashgan spin uchun antiparalleldir. $S=0$ . Natijada, yadroning umumiy burchak impulsi oʻtish bilan oʻzgarmaydi. Aksincha, Gamow-Teller oʻtishda ikkita chiqarilgan zarrachaning spinlari umumiy spin bilan parallel boʻladi. $S=1$, yadroning dastlabki va oxirgi holatlari orasidagi burchak momentumining oʻzgarishiga olib keladi.

Ushbu oʻtishlarni tavsiflash boʻyicha nazariy ish 1934 va 1936 yillarda Jorj Gamov va Edvard Teller tomonidan Jorj Vashington universitetida amalga oshirildi.

Zaif oʻzaro taʼsir va betta parchalanishi

$\beta$-emirilish nazariy jihatdan birinchi boʻlib Fermining asl ansatsi tomonidan taʼriflangan, u Lorents-invariant boʻlgan va 4 nuqtali fermion vektor oqimini oʻz ichiga olgan. Biroq, bu zaif oʻzaro taʼsirlarda koʻrilgan Fermining Oltin qoidasidagi matritsa elementida paritet buzilishini oʻz ichiga olmaydi. Gamow-Teller nazariyasi fermionlarning vektor va eksenel-vektor birikmalarini kiritish uchun matritsa elementini oʻzgartirish orqali paritet buzilishini kiritish uchun zarur edi. Bu Fermi $\beta$-emirilish nazariyasini yakunlagan matritsa elementini hosil qildi va lepton universalligi tushunchasi bilan birga paritet buzilishi, neytrino spiralligi, muon parchalanish xususiyatlarini tasvirlab berdi. Zarrachalar fizikasining standart modeli ishlab chiqilgunga qadar, Jorj Sudarshan va Robert Marshak, shuningdek, mustaqil ravishda Richard Feynman va Myurrey Gell-Mann toʻrt fermion oʻzaro taʼsirining toʻgʻri tensor tuzilishini (vektor minus eksenel vektor, V − A) aniqladilar. U erdan yuqori energiyali zarrachalar kesimlarini tasvirlash uchun zarur boʻlgan massiv oʻlchovli bozonlar nuqtai nazaridan kuchsiz oʻzaro taʼsirni tavsiflovchi zamonaviy maydon kvant nazariyasi ishlab chiqildi.

Fermi oʻtishi

Fermi oʻtishida $\beta$-emirilishning asosiy yadrosidan chiqarilgan elektron va neytrino bir-biriga zid boʻlgan spin vektorlariga ega.

$\Delta I=0\Rightarrow$ yadroning umumiy burchak impulsi oʻzgarmaydi

Misollar

${}_{8}^{14}{\text{O}}_{6}\rightarrow {}_{7}^{14}{\text{N}}_{7}^{*}+\beta ^{+}+\nu _{\text{e}}$

$I_{i}=0^{+}\rightarrow I_{f}=0^{+}\Rightarrow \Delta I=0$

shuningdek $\Delta \pi =0\Rightarrow$ paritet saqlanadi: $\pi (Y_{\ell \,m})=(-1)^{\ell }$ .

${}_{7}^{14}{\text{N}}_{7}^{*}$ = N ning hayajonlangan holati

Gamow-Teller oʻtish

Kuchli va elektromagnit oʻzaro taʼsirlar bilan boshqariladigan yadroviy oʻtishlarda (ular paritet ostida oʻzgarmasdir), agar oʻzaro taʼsir oynada aks ettirilsa, fizik qonunlar bir xil boʻladi. Demak , vektor va psevdovektor yigʻindisi maʼnoli emas. Biroq, beta-parchalanishni va tegishli yadroviy oʻtishlarni boshqaradigan kuchsiz oʻzaro taʼsir, albatta, oʻzaro taʼsirning chiralligiga bogʻliq va bu holda psevdovektorlar va vektorlar qoʻshiladi.

Gamow-Teller oʻtishi psevdovektorli oʻtishdir, yaʼni bunday oʻtish natijasida yuzaga kelgan beta parchalanishini tanlash qoidalari yadro holatining paritet oʻzgarishini nazarda tutmaydi. Asosiy yadroning spini oʻzgarishsiz qolishi yoki ±1 ga oʻzgarishi mumkin. Biroq, Fermi oʻtishdan farqli oʻlaroq, spin 0 dan spin 0 ga oʻtishlar istisno qilinadi.

Yadroning umumiy burchak momentumiga koʻra, Gamow-Teller oʻtish ($I_{i}\rightarrow I_{f}$) hisoblanadi

$\Delta I=I_{f}-I_{i}={\begin{cases}0&I_{i}=I_{f}=0\\1&I_{i}=0{\text{ and }}I_{f}=1\end{cases}}$

; Misollar

${}_{2}^{6}{\text{He}}_{4}\rightarrow {}_{3}^{6}{\text{Li}}_{3}+\beta ^{-}+{\bar {\nu }}_{\text{e}}$

$I_{i}=0^{+}\rightarrow I_{f}=1^{+}\Rightarrow \Delta I=1$ shuningdek $\Delta \pi =0\Rightarrow$ paritet saqlanadi: $\pi (Y_{\ell \,m})=(-1)^{\ell }\Rightarrow$ yakuniy ⁶ Li 1 ⁺ davlatga ega $L=1$ va $\beta +{\bar {\nu }}_{\text{e}}$ davlatga ega $S=1$ juftlik juftlik holatini bildiradi.

Aralash Fermi va Gamov-Teller parchalanishi

2 ta mumkin boʻlgan yakuniy holat mavjudligi sababli, har bir betta parchalanish ikki parchalanish turining aralashmasidir. Bu shuni anglatadiki, baʼzi hollarda qolgan yadro qoʻzgʻaluvchan holatda boʻladi, baʼzida esa parchalanish toʻgʻridan-toʻgʻri asosiy holatga tushadi. Fermi oʻtishlaridan farqli oʻlaroq, Gamow-Teller oʻtishlari faqat dastlabki yadro toʻlqin funksiyasi va yakuniy yadro toʻlqin funksiyasi aniqlangan taqdirdagina ishlaydigan operator orqali sodir boʻladi. Operatordan Isospin va Angular Momentum tanlash qoidalarini chiqarish mumkin va ruxsat etilgan va taqiqlangan parchalanishlarni aniqlash mumkin.

Misollar

${}_{11}^{21}{\text{Na}}_{10}\rightarrow {}_{10}^{21}{\text{Ne}}_{11}+\beta ^{+}+\nu _{\text{e}}$

$I_{i}={\frac {3}{2}}^{+}\Rightarrow I_{f}={\frac {3}{2}}^{+}\Rightarrow \Delta I=0$

Kuchsiz vektor oqimining saqlanishi

Vektor oqimining saqlanishi gipotezasi Gamov-Teller nazariyasi asosida yaratilgan. Fermi parchalanishi vektor oqimining natijasidir va neytronning protonga parchalanishida ustunlik qiladi, Gamow-Teller parchalanishi esa eksenel-oqim oʻtishidir. Vektor oqimining saqlanishi — bu parchalanish uchun mas’ul boʻlgan zaif vektor oqimining saqlanishi haqidagi taxmin. Yana bir kuzatuv shundan iboratki, Fermi oʻtishlari yadro ichidagi nuklonlarning yadroviy kuchga vositachilik qiluvchi mezonlar bilan oʻralgan boʻlishiga qaramay, erkin zarrachalar sifatida qanday oʻzaro taʼsir qilishini koʻrsatadi. Bu alfa parchalanishi bilan bogʻliq boʻlgan toʻsiq tunnel mexanizmini koʻrib chiqishda va Geiger-Nuttall qonunini chiqarishda foydalidir.

Parchalanish darajasi

$\beta$ emissiya yemirilish tezligini hisoblash a yemirilishni hisoblashdan ancha farq qiladi. α yemirilishda dastlabki yadro nuklonlari yakuniy holat a zarrachasini (⁴ He) hosil qilish uchun ishlatiladi. $\beta$ yemirilishda b va neytrino zarralari nuklonning izospin komplementiga (n → p yoki p → n) aylanishi natijasidir. Quyida farqlar roʻyxati keltirilgan:

1. $\beta$ elektron va neytrino parchalanishdan oldin mavjud emas edi.
2. $\beta$ elektron va neytrino relativistikdir (yadro parchalanish energiyasi odatda ogʻir a yadroni relativistik qilish uchun etarli emas).
3. Yengil parchalanish mahsulotlari doimiy energiya taqsimotiga ega boʻlishi mumkin. (α energiyaning katta qismini olib ketgan deb faraz qilishdan oldin, odatda, yaxshi yaqinlik edi).