ベータ崩壊の理論
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/07/21 17:41 UTC 版)
放射性物質の放つ放射線は、ヘリウム原子核であるアルファ線（α線）、電子であるベータ線（β線）、波長の非常に短い電磁波であるガンマ線（γ線）からなる。ところで、アルファ線とガンマ線のエネルギー分布は常に離散的な値を示すが、ベータ線だけはなぜかそのエネルギー分布は連続的な値を示す。この不可解なベータ線の連続的なエネルギーレベルを説明するためにベータ崩壊の理論が探索された。 まず、ベータ崩壊をする原子核は量子力学における状態として連続的な状態を取ると考えられたが、ベータ崩壊をする原子核の放出するアルファ線やガンマ線はやはり離散的なものであったことから否定された。次に、はじめはアルファ線やガンマ線と同一のエネルギーレベルで放出されたベータ線が、二次的に散乱されたり、吸収されるため連続的な値を取るのではないかと予想されたが、Ellis と Wooster によって否定された（1927年）。 ヴォルフガング・パウリは、新粒子の存在を仮定すればベータ崩壊の連続エネルギー分布が説明できることを指摘した。すなわち、ベータ崩壊においては電子と一緒に、何か普通の方法では観測できない未知の粒子がもう一つ放出されており、ベータ崩壊の前後における原子核のエネルギーの差は、電子とこの新粒子との間に分けられているため、ベータ線（電子）のエネルギーは0からある一定値までの連続的な任意の値を取るのではないかとした（1931年）。 これに対して、ニールス・ボーアは1934年に、ベータ崩壊のような原子核の内部の現象は原子スペクトルなどとは違って、もっと程度の高い本質的に新しい物理学の範囲に属するから、必ずしもエネルギー保存則は厳密にも成り立たなくても良いという仮説を提出し、パウリの新粒子説に反対した（エネルギー非保存仮説）。しかしながら、その後このボーアのエネルギー非保存仮説は、実験及び理論の両面からその矛盾が指摘され、結局パウリの新粒子説が優勢となった。そのパウリの新粒子はニュートリノ（neutrino；中性微子）と名付けられ、ベータ崩壊の理論（弱い相互作用の理論）建設の端緒となった。 詳細は「弱い相互作用」を参照 エネルギー保存則の観点から見ると、β+崩壊および電子捕獲は陽子の静止質量（938.27 MeV）が中性子の静止質量（939.57 MeV）よりも小さいため、真空中では本来発生し得ない事象である。この陽子と中性子の静止質量差よりも、崩壊前後の結合エネルギーの差が大きい（Q値が正である）核種のみ、これらの反応が起こりえる。
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