Hablemos sobre la Interacción Débil

Es importante que recordemos que en la naturaleza existen cuatro fuerzas fundamentales, entre las que están las fuerzas gravitacionales, electromagnéticas y las interacciones débil y fuerte. La semana pasada hablamos un poco sobre el núcleo atómico y la interacción fuerte, en esta ocasión aprenderemos sobre la Interacción Débil.

Resulta que un neutrón es una partícula inestable si se separa de otras partículas, por lo que puede emitir dos partículas y pasa a ser un protón; este proceso lo podemos observar mediante el siguiente proceso:

Esta “ecuación” describe una reacción de partículas. Los dos lados de la ecuación están separados por una flecha. Podemos ver que a la izquierda están representadas todas las partículas que inician la reacción, en este caso un neutrón n solamente. Por otra parte, a la derecha se representan las partículas que se forman como resultado de la reacción. En este caso, un protón p+, un elemento e-, y una nueva partícula ∇e el antineutrino. El antineutrino es la antipartícula de otra nueva partícula, el neutrino; el cual se representa por el símbolo Ve (con frecuencia, para representar una antipartícula basta trazar un guión sobre el símbolo de la partícula respectiva).

Cabe destacar, que los neutrinos y antineutrinos son partículas sin cargas ni masa de reposo. Estas partículas al parecer viajan a la velocidad de la luz; ellas son difíciles de detectar pues pueden penetrar materia sólida tan gruesa como la décima parte de una galaxia sin ser absorbidas.

No obstante, aparte de describir la desintegración de un neutrón aislado, la reacción anterior también describe lo que le ocurre a un neutrón en el núcleo durante el proceso radiactivo de la emisión beta. La partícula beta emitida es el electrón que aparece en el lado izquierdo de la reacción; el neutrón que emite un electrón se convierte en protón. Este proceso cambia el número atómico del núcleo, pero no su masa atómica. Resulta, que cuando ese proceso fue estudiado por primera vez, se creyó que la energía y el impulso inicial no se conservaban pues aún no se conocían neutrinos y antineutrinos. De hecho, se asumió la existencia de estas partículas para explicar la aparente pérdida de energía y de impulso en el proceso de la emisión beta. Desde ese momento, la detección de neutrinos se ha confirmado en algunos experimentos complicados.

Ahora bien, la reacción que se describió hasta este momento implica cierta interacción de la que no hemos comentado; las fuerzas de esta interacción son la causa de la emisión del electrón y del antineutrino que se origina en el neutrón al convertirse en un protón. A esta interacción se le llama interacción débil, pues sus fuerzas son más débiles que las de interacción fuerte o las de la interacción electromagnética (pero más fuerte que las fuerzas de interacción gravitacional).

En algunos núcleos puede ocurrir otra clase de emisión beta en la que un protón se convierte en un neutrón al emitir un positrón, el cual se representa por el símbolo e+ y un neutrino.

Esta relación también incluye la interacción débil; sin embargo, no puede ocurrir si el protón está solo, separado de otras partículas, pues la masa en reposo del protón es menor que la del neutrón. Si tal caso ocurriera espontáneamente se violaría la ley de la conservación de la masa-energía. Pero en ciertos núcleos, la diferencia entre la energía de enlace del neutrón y la del protón puede ser tan grande que permita liberar la energía necesaria al convertir un protón en un neutrón.

Los símbolos de neutrino y del antineutrino en las reacciones anteriores tienen una “e” como subíndice. Este subíndice se utiliza para diferenciar el neutrino y el antineutrino asociado al electrón (que se llama neutrino-electrón) de otro neutrino y antineutrino asociados con el muón (que se llama neutrino-muón y antineutrino-muón). De esta manera sabemos que existen dos clases de neutrinos y antineutrinos.

Resnick, R; Halliday, D & Krane, K. (2007). Física volumen 2. México: Grupo Editorial Patria.

Sánchez, E. (2005). Física. Caracas: Ediciones CO-BO.

Zemansky, S. (2009). Física Universitaria Volumen II. México: Pearson Educación.