Энергетические спектры электронов при b-распаде и роль нейтрино.

Исследования энергетического распределения электронов, рождающихся при -распаде, показало, что в процессе -распада испускаются электроны всех энергий от 0 до Гмакс, где Тмакс приблизительно равно разности масс ядер

и называется верхней границей -спектра.

Типичная форма энергетического -спектра для разрешенных переходов представлена на рис. 40. При определенной энергии имеется максимум интенсивности, а затем с увеличением энергии число электронов монотонно убывает. Средняя энергия испускаемых электронов обычно близка к максимальной энергии и для естественных радиоактивных элементов заключена в пределах

Объяснение непрерывного характера энергетического спектра электронов в свое время было связано с очень большими трудностями. Казалось естественным ожидать, что, подобно -распаду, -распад также должен приводить к испусканию моноэнергетических электронов, энергия которых должна определяться разностью масс исходного и конечного ядер.

Рис. 40. Энергетический спектр электронов при -распаде

Если не предполагать, что наряду с электроном вылетает еще одна частица, уносящая часть энергии, пришлось бы признать, что при -распаде не выполняется закон сохранения энергии. Идея о том, что при -распаде всегда образуется ядро в возбужденном состоянии и поэтому практически наблюдается непрерывный спектр, также не помогала, так как тогда -спектр, сопровождающий -распад тоже должен был иметь непрерывный характер, чего в действительности нет. Спектр -лучей дискретен. Кроме того, иногда -распад не сопровождается вообще излучением, т. е. распад идет из основного состояния исходного ядра в основное состояние ядра-продукта.

Не удавалось также согласовать -распад с законом сохранения момента количества движения без предположения о вылете второй частицы. Если бы, например, нейтрон распадался только на протон и электрон:

то, поскольку спины всех частиц равны сумма спинов справа равна целому числу, а слева половине, т. е. такой тип распада противоречил бы закону сохранения момента количества движения.

Это несоответствие с законами сохранения энергии и спина снимается гипотезой Паули, который в 1931 г. предположил, что при -распаде вылетает еще одна частица — нейтральная — с массой, близкой к нулю, и со спином, равным половине. Ферми назвал ее нейтрино (нейтрино — по-итальянски значит «нейтрончик»). Эта частица обозначается символом (Впоследствии частицу, вылетающую при -распаде нейтрона, стали рассматривать, как антинейтрино Согласно этой гипотезе энергия освобождающаяся в каждом акте распада, по-разному распределяется между электроном и нейтрино.

Таким образом, если реакция распада нейтрона идет в виде

то выполняются и закон сохранения энергии, и закон сохранения момента количества движения.

Благодаря отсутствию электрического заряда и слабости взаимодействия с веществом нейтрино долгое время были совершенно неуловимыми, и первые сведения, подтверждающие их существование, носили косвенный характер. Только в 1955-1956 гг. удалось доказать существование этих частиц в свободном состоянии.