¿Es el mecanismo de la desintegración beta en un núcleo el mismo que el motivo de la desintegración libre de neutrones?

Es similar. Ambos resultan de la interacción débil. Si restringe la desintegración beta a la emisión de electrones, a diferencia de los positrones del núcleo, son aún más similares.

Ambos resultan de la interacción débil junto con el hecho de que se forma un conjunto de partículas con menos masa total de lo que comenzó.

En la desintegración de neutrones, el cambio inicial es un quark hacia abajo dentro del neutrón que se transforma en un quark hacia arriba con la emisión de un W-. El W- es portador de la interacción débil, y rápidamente se descompone en un electrón y un neutrino anti-electrón: The Particle Adventure | Decaimiento de partículas y aniquilaciones | Neutrones beta decae.

Exactamente lo mismo sucede dentro de uno de los neutrones en la desintegración beta ordinaria, y el resultado es un núcleo de menos masa que el núcleo original con un aumento de un protón. Es el siguiente elemento más alto en la tabla periódica. Lo único diferente es la tasa de descomposición o, de manera equivalente, la vida media. Esto depende de cuánta diferencia hay entre los totales de masa iniciales y finales. Cuanto mayor es la diferencia, más rápido es el cambio.

Básicamente, la regla en la física de partículas es que cualquier transición que pueda ocurrir sin violar ninguna ley de conservación ocurrirá. Si bien parece que la producción de un W- viola la conservación de la energía, esto está cubierto por la corta duración del W- bajo el Principio de Incertidumbre de Heisenberg.

Es exactamente el mismo mecanismo. La desintegración beta (o más precisamente, la desintegración β) no es más que un neutrón en el núcleo que se convierte en un protón emitiendo un electrón y un antineutrino por interacción débil.

La decadencia de un neutrón libre se ve así:
[matemáticas] n \ rightarrow p + e ^ – + \ bar \ nu_e [/ math]

Dentro de los nucleones, este proceso implica la conversión de un quark down en un quark up. Un quark down se descompone en un quark up y un bosón [matemático] W ^ – [/ matemático]. El bosón [matemático] W ^ – [/ matemático] se descompone en un electrón y un antineutrino.
[math] udd \ rightarrow uud + W ^ – \ rightarrow uud + e ^ – + \ bar \ nu_e [/ math]

La desintegración beta menos de un núcleo es similar, excepto que el neutrón en descomposición en este caso está unido al núcleo. Por ejemplo,
[matemáticas] {_ {6} C ^ {14}} \ rightarrow {_ {7} N ^ {14}} + e ^ – + \ bar \ nu_e [/ math]
realmente es
[matemática] [6p + 8n] \ flecha derecha [7p + 7n] + e ^ – + \ bar \ nu_e [/ matemática].

La diferencia entre la desintegración del neutrón libre y la desintegración beta menos es que un neutrón libre siempre es inestable, mientras que un neutrón unido no necesita ser inestable en todos los casos. La desintegración beta menos ocurre solo en los núcleos donde el número de neutrones es demasiado grande. Qué tan grande es demasiado grande depende del número atómico del núcleo. Para núcleos con un número atómico pequeño, la configuración estable es donde el número de protones y neutrones es más o menos igual. En el caso de núcleos más pesados, se necesitan más neutrones que protones para equilibrar la repulsión electrostática entre protones.


Existen otros dos mecanismos de desintegración beta que no implican la desintegración de los neutrones: desintegración beta más desintegración y captura de electrones.

En la desintegración beta más, un núcleo con demasiados protones (en comparación con los neutrones) se convierte en un neutrón emitiendo un positrón y un neutrino.
[matemáticas] {_ {12} Mg ^ {23}} \ rightarrow {_ {11} Mg ^ {23}} + e ^ + + \ nu_e [/ math]

La captura de electrones ocurre cuando un núcleo captura uno de los electrones de la capa interna (generalmente K) y convierte un protón en neutrón.
[matemáticas] {_ {36} Kr ^ {81}} + e ^ – \ rightarrow {_ {35} Br ^ {81}} + \ nu_e [/ math]

Estos procesos ocurren solo en protones unidos. Los protones libres son estables y no se descomponen espontáneamente.