24.2 Como é possível que: (a) partículas alfa, (b) partículas beta e (c) raios gama possam provir de núcleos que não as possuam?

Passo 1

O enunciado pergunta por que núcleos atômicos que não “contêm” inicialmente partículas \alpha, \beta ou fótons \gamma conseguem emiti-las. O conteúdo aqui é de radioatividade e forças nucleares: precisamos entender como essas partículas ou quanta de energia surgem no próprio processo de decaimento, mesmo não estando pré-formadas no núcleo.

Passo 2

Partículas \alpha ( \alpha) são agrupamentos de dois prótons e dois nêutrons que se formam momentaneamente dentro do potencial nuclear. Pelo modelo de cunha de \alpha, há flutuações que preveem um “aglomerado” \alpha pré-formado. A barreira de potencial fez\mbox{-}de\mbox{-}Coulomb impede sua saída, mas o efeito túnel quântico permite que esse aglomerado atravesse a barreira e escape como partícula \alpha, mesmo não existindo no núcleo como uma entidade separada antes do decaimento.

Passo 3

Partículas \beta ( \beta) não são elétrons aprisionados no núcleo, mas são criadas no ato do decaimento por interação fraca. Num decaimento \beta–, um nêutron se transforma em próton, elétron e antineutrino; no \beta+, um próton vira nêutron, pósitron e neutrino. O elétron (ou pósitron) e o neutrino são gerados no processo e não vinham “guardados” no núcleo.

Passo 4

Raios \gamma ( \gamma) são fótons emitidos quando o núcleo, após um decaimento ( \alpha ou \beta) ou outra excitação, passa de um estado excitado a um estado de menor energia. Essa desexcitação emite diretamente um quantum de energia eletromagnética, o fóton \gamma, que também não existia antes do salto de energia.

Resposta

(a) A emissão de \alpha ocorre por pré-formação do agrupamento e tunelamento quântico.
(b) A emissão de \beta resulta da transformação de nêutron--próton pela força fraca, gerando elétron (ou pósitron) e neutrino.
(c) A emissão de \gamma é a desexcitação do núcleo, criando um fóton ao saltar para nível de energia inferior.

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