Beta⁻-Zerfall
Der Beta-minus-Zerfall ist der häufigste radioaktive Zerfallstyp. Er tritt auf, wenn ein Neutron im Kern zu viel ist – etwa bei neutronenreichen Isotopen wie Kohlenstoff-14 oder Tritium. Ein Neutron wandelt sich in ein Proton um und emittiert dabei ein Elektron sowie ein Antineutrino. Wolfgang Pauli postulierte das Neutrino 1930, um die scheinbar verletzte Energieerhaltung zu retten.
Der Beta-minus-Zerfall ist auf Quark-Ebene ein Flavour-Wechsel: Ein Down-Quark (d) des Neutrons wandelt sich über ein virtuelles W⁻-Boson in ein Up-Quark (u) um. Das Neutron (udd) wird zum Proton (uud). Das W⁻-Boson zerfällt sofort in Elektron und Antineutrino. Die Reichweite dieser schwachen Wechselwirkung beträgt weniger als 10⁻¹⁸ m – tausendmal kleiner als ein Proton.
Enrico Fermi formulierte 1934 die erste Quantenfeldtheorie des Beta-Zerfalls. Er basierte auf der Idee eines Punktkontakts der vier beteiligten Fermionen. Wolfgang Paulis Hypothese des Neutrinos – damals als experimentell unbeweisbar abgetan – wurde 1956 von Cowan und Reines durch Nachweis von Antineutrinos aus einem Kernreaktor bestätigt. Das Elektronen-Antineutrino ist so wechselwirkungsarm, dass es die gesamte Erde nahezu ungehindert durchdringt.
Wichtige Beta-minus-Strahler: Kohlenstoff-14 (¹⁴C, Halbwertszeit 5.730 Jahre) – die Grundlage der Radiokarbondatierung in der Archäologie. Tritium (³H, 12,3 Jahre) wird in Fusionsreaktoren und Leuchtzifferblättern eingesetzt. Strontium-90 (⁹⁰Sr, 28,8 Jahre) ist ein gefährliches Spaltprodukt aus Kernwaffentests, da es sich wie Calcium im Knochen einlagert. Medizinisch wird Jod-131 (⁸ Tage) zur Schilddrüsentherapie genutzt.