- 36 Elétrons e pósitrons são produzidos em reações nucleares envolvendo prótons e nêutrons. Essas reações são conhecidas pelo nome genérico de decaimento beta.
Se um próton se transforma em um nêutron, é produzido um elétron ou um pósitron?
Se um próton se transforma em um nêutron, é produzido um elétron ou um pósitron?
Passo 1
O enunciado diz: “Se um próton se transforma em um nêutron, é produzido um elétron ou um pósitron?”
Informações dadas:
Informações dadas:
- Há a transformação de uma partícula: próton
nêutron. - A pergunta é escolher qual partícula leptônica (elétron ou pósitron) surge nessa transformação.
Passo 2
Conservação de carga elétrica — a regra básica que sempre serve como primeiro filtro. Vou comparar a carga antes e depois da reação.
- Carga do próton:
(unidade de carga elementar). - Carga do nêutron:
.
Para conservar carga, a soma das cargas no final deve ser igual à carga inicial. Logo, a partícula adicional produzida precisa ter carga
Entre elétron e pósitron, o elétron tem carga
e o pósitron tem carga
. Portanto, pela conservação de carga, a partícula produzida deve ter carga
, isto é, um pósitron.
Passo 3
Conservação do número leptônico — vou explicar por que, além do pósitron, aparece também um neutrino (isso não era pedido, mas ajuda a entender o processo físico completo).
Definição rápida: o número leptônico de elétrons (
) atribui
a elétrons e neutrinos eletrônicos e
a seus antipartículas (posítrons e antineutrinos). Hadrões (prótons e nêutrons) têm
.
- Se a reação produz um pósitron, este tem
. - Para manter
total igual a zero (como no início), precisa surgir também uma partícula com — isto é o neutrino eletrônico .
Assim, a reação completa típica é
o que satisfaz conservação de carga e de número leptônico.
Passo 4
Explicação ao nível de quarks (intuição física simplificada). Isso mostra por que a transformação próton
nêutron é natural via interação fraca.
- Composição dos bárions:
- Próton:
(dois quarks e um ). - Nêutron:
(um e dois ).
- Próton:
Cargas dos quarks:
Soma das cargas:
A transformação necessária é então um quark
virando um
. Na interação fraca isso ocorre assim, de forma simplificada:
e o bóson intermediário
decai em
Isso reproduz a reação do passo anterior e mostra por que surge um pósitron (o
carrega carga
).
Passo 5
Nota sobre energia e em que situações isso ocorre (importante na prova e para não ficar confuso): um próton livre não se transforma espontaneamente em nêutron porque o nêutron é ligeiramente mais massivo que o próton, então a conversão exigiria energia adicional. Em núcleos ou em reações nucleares (ou em colisões de altas energias) há condições que permitem essa transformação — daí ocorrer o chamado decaimento beta positivo (
) ou processos relacionados (como captura eletrônica). Mas isso não altera a conclusão sobre o sinal da carga da partícula emitida.
Resposta
Pósitron.