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Radioactivité β

La radioactivité bêta ou émission bêta (symbole β) est un type désintégration radioactive dans laquelle une particule bêta (un électron ou un positron) est émise. On parle de désintégration bêta moins (β^-) ou bêta plus (β⁺) selon que c'est un électron (particule chargée négativement) ou un positron (particule chargée positivement) qui est émis.

Dans la désintégration β^-, un neutron est converti en proton par l'intermédiaire de la force nucléaire faible et une particule β^- (un électron) et un anti-neutrino sont émis:

$\mathrm{n}\rightarrow\mathrm{p}+\mathrm{e}^-+\bar{\nu}_e$

Le spectre d'énergie [nombre de particules émises en fonction de leur énergie cinétique] des β^- (électrons) est continu du au partage de l'énergie entre les trois corps. Il n'y pas pas d'énergie minimale.

La réaction est énergiquement possible à la seule condition que le noyau fils soit moins lourd que le noyau père.

Dans la désintégration β⁺, un proton est converti en neutron par l'intermédiaire de la force nucléaire faible et une particule β⁺ (un positron) et un neutrino sont émis:

$\mathrm{p}\rightarrow\mathrm{n}+\mathrm{e}^++{\nu}_e$

Le spectre d'énergie [nombre de particules émises en fonction de leur énergie cinétique] des β⁺ (positrons) est continu du au partage de l'énergie entre les trois corps. Nous remarquons cependant une vitesse minimale des positrons. Celle-ci est due à la répulsion coulombienne de ce dernier avec le noyau.

Cette réaction ne peut avoir lieu que si la masse du noyau fils additionnée de deux fois la masse de l'électron est inférieure à celle du noyau père.

L'étude de la désintégration bêta amena à postuler l'existence du neutrino.

En 1931, Wolfgang Pauli proposa que l'énergie « manquante » était emportée une autre particule, non encore découverte: le neutrino.

Voici ce que permet d'expliquer la présence du neutrino :

Le spectre d'énergie d'émission des particules bêta est continu. Ceci s'explique facilement si l'énergie se partage entre trois corps.

La quantité de mouvement doit être conservée, or du fait d'un système à trois corps, la particule bêta ne part pas de façon opposée au noyau.

Le neutrino permet de conserver le nombre leptonique : la création d'un lepton s'accompagne de celle d'un anti-lepton (paires électron/anti-neutrino électron ; anti-électron/neutino électron).

Le problème fut analysé de façon plus détailée par Enrico Fermi, mais il fallu attendre 1959 pour les premières observations expérimentales de neutrinos.

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