Perché un nucleo eccitato emette gamma

Testo

Perché un nucleo eccitato, dopo un decadimento $\alpha$ o $\beta$, tende a emettere fotoni $\gamma$? Confronta con il caso atomico, dove le transizioni elettroniche producono fotoni di luce visibile o ultravioletta.

A sinistra la diseccitazione nucleare (fotone $\gamma$, energie del MeV); a destra la transizione elettronica atomica (fotone visibile/UV, energie dell’eV).

Soluzione

Dopo un decadimento $\alpha$ o $\beta$ il nucleo figlio non si trova quasi mai direttamente nel suo stato di energia più basso: resta in uno stato eccitato. I livelli energetici del nucleo sono quantizzati, esattamente come quelli degli elettroni in un atomo, ma sono molto più distanziati in energia.

Scendendo dallo stato eccitato allo stato fondamentale, il nucleo cede l’esubero di energia emettendo un fotone, la cui energia è pari alla differenza tra i due livelli.

La differenza cruciale è la scala di energia. Le transizioni elettroniche atomiche riguardano energie dell’ordine dell’elettronvolt (eV), e i fotoni emessi cadono nel visibile o nell’ultravioletto. Le transizioni nucleari, invece, coinvolgono energie dell’ordine del MeV (un milione di volte maggiori): il fotone emesso è così energetico da essere un raggio $\gamma$, non luce visibile.

$\ev{\text{diseccitazione nucleare, }\Delta E\sim 0{,}1\text{–}10\text{ MeV}\Rightarrow\gamma}$

Collegamenti

Argomenti: Fisica nucleare Concetti: Decadimento radioattivo