Die β-Umwandlungen der Kerne

 

Merkmal aller β-Umwandlungen ist die Beteiligung von Elektronen bzw. Positronen in „elemantarer“ Form (Emission oder Einfang dieser Teilchen). Die β-Umwandlungen führen also bis auf die elementarstrukturelle Ebene und sind damit die tiefgreifendsten Umwandlungen, denen Teilchen und Kerne unterliegen. Deshalb ist ihr zeitlicher Rahmen (Halbwertszeit) sehr weit gespannt und kann über 10E+28s betragen.

Man unterscheidet drei Arten der β-Umwandlung:

  • die Elektron-Emission (auch β-Umwandlung): Der Kern emittiert ein Elektron infolge einer Umwandlung in der Kernmaterie

  • den Elektron-Einfang: Der Kern „fängt“ ein Elektron ein, welches durch eine Umwandlung Bestandteil der Kernmaterie wird

  • die Positron-Emission (auch β+-Umwandlung): Der Kern emittiert ein Positron infolge einer Umwandlung in der Kernmaterie

 

Das Kopfbild dieser Seite visualisiert diese drei β-Umwandlungen. Hier wird der Einwand erfolgen, dass in dieser Darstellung die obligatorischen „Neutrinos“ fehlen; mit diesen Teilchen setzt sich die nächste Seite auseinander.

Alle β-Umwandlungen der Kerne verlaufen in Richtung auf den stabilen Kernzustand, wie folgende Abbildung veranschaulicht (vgl. auch Seite 5, Abb. 5.2).

 

Abb. 7.1: Die β-Umwandlungen am Beispiel der Nuklide mit A=82 (kurz: des Kerns 82)

 

7_1_beta_Umw_Bsp_Kern82.png

 

Es ist leicht auch unter Beachtung des Headers zu erkennen, dass Elektron-Emission und Elektron-Einfang zwei zueinander genau entgegengesetzte Prozesse sind. Damit ist die Positron-Emission nicht ohne weiteres vereinbar. Sie wird aber dann plausibel, wenn die Mindestenergie berücksichtigt wird, ab der sie einsetzt: Erst bei einer Zerfallsenergie des Kerns von ΔE ≥ 1,022MeV tritt sie auf. Das entspricht genau dem Betrag, den auch die Paarbildung, also die Bildung eines Elektron-Positron-Paares aus einem Strahlungsquant erfordert.

 

Abb. 7.2: Energetische Übereinstimmung von Paarbildung und β+-Umwandlung

 

7_1_Paarb_Betaplus_700Px.png

 

Diese energetische Übereinstimmung lässt die Schlussfolgerung zu, dass der Positron-Emission eine verdeckte Paarbildung vorausgeht. Das entstehende Elektron wird sofort in die Kernmaterie integriert, das strukturell nicht verwertbare Positron wird emittiert. Damit sind die drei β-Umwandlungen völlig konsistent zueinander: Auf der einen Seite steht die Aussendung eines Elektrons, auf der anderen Seite der Einfang eines Elektrons durch den Kern. Das eingefangene Elektron kann unterschiedlicher Herkunft sein.

 

Der Einwand, dass auch der Elektron-Emission eine Paarbildung vorausgehen könnte, bei welcher das Positron in die Kernmaterie integriert wird, ist zu entkräften. Instabile Kerne besitzen einen Überschuss oder Mangel an negativen Elementarladungen, welcher nur durch Abgabe oder Aufnahme von Elektronen behoben werden kann. Bereits die Abb. 7.1 verdeutlicht das. Darüber hinaus sind die bei jeder β-Umwandlung ablaufenden Teilchenumwandlungen exakt nachvollziehbar; Positronen sind nicht an den Umwandlungen im Kern beteiligt.

 

Abb. 7.3: Die substrukturellen Veränderungen im Ablauf der β-Umwandlungen

 

7_3_beta_Umw_substrukt_660.png

Die Abbildung visualisiert die substrukturellen Umwandlungen eines Kerns im Verlaufe einer β-Umwandlung. Es handelt sich um eine schematische Darstellung, die nicht exakt die geometrischen Strukturen im Kern wiedergeben kann. Von diesem Umwandlungsschema weichen nur das Neutron und das Triton ab.

 

Die Reaktionsgleichungen auf substruktureller und elemantarstruktureller Ebene sind wie folgt zu formulieren:

 

Gl. (7.1)

7_1_Gl_beta_Umw_560Px.png

 

 

 

Bewertung der gegenwärtigen theoretischen Sichtweise

 

Die geltende Theorie reduziert die β-Zerfälle auf Umwandlungen von im Kern befindlichen Neutronen bzw. Protonen. Demnach kann ein Kern-Neutron durch Abgabe eines Elektrons in ein Proton umwandeln, wie das am freien Neutron auch beobachtet wird, oder ein Kern-Proton wandelt durch Aufnahme eines Elektrons oder Abgabe eines Positrons gleichermaßen in ein Neutron um. Gegen die Proton-Umwandlung spricht schon die Tatsache, dass es im freien Zustand stabil ist; die vermuteten Umwandlungen werden hier nicht beobachtet. Die Aufnahme eines Elektrons oder die Abgabe eines Positrons sollen darüber hinaus zum gleichen Ergebnis führen. Diese Annahme ist nur formal-mathematisch haltbar, denn diese entgegengesetzten Teilchen müssen völlig unterschiedliche strukturelle Veränderungen bewirken. Der theoretische Ansatz wird auch nicht dadurch glaubwürdiger, dass die β Umwandlungen an den fiktiven Quarks ablaufen sollen. Die Anpassung der fehlerhaften Theorie mit immer neuen theoretischen Annahmen erhöht nicht deren Wahrheitswert, sondern führt immer weiter von der Realität weg. In der Umwandlung eines Quarks sollen ganz kurzzeitig W Teilchen mit Massen von 80,5 GeV entstehen. Diese W Teilchen verletzen eklatant das Gesetz der Energieerhaltung. Diese Annahme allein liefert hinreichenden Grund, die gesamte Theorie anzuzweifeln. Die Naturgesetze können aus theoretischer Notwendigkeit (oder kraft überzeugender theoretischer Argumente, wie es in einem Lehrbuch heißt) auch nicht für den kürzesten Augenblick außer Kraft gesetzt werden.

 

Abb. 7.4: Die β-Umwandlungen nach derzeitiger theoretischer Sichtweise


7_4_Beta_Umw_Quark_660.png

Die β-Umwandlungen werden durch wechselseitige Umwandlungen zwischen up- und down-Quarks erklärt. Quarks sind jene nicht bewiesenen Teilchen, mit denen die theoretische Physik die Struktur aller Teilchen und Kerne zu erklären versucht. Zwischen den drei β-Umwandlungen ist nach diesem Bilde keine Konsistenz erkennbar; gemeinsam ist nur die Freisetzung der unfassbaren Neutrinos bei allen drei Prozessen.

 

 

Aussagen zum Beweis der W-Teilchen: "Das lange Suchen ... fand schließlich ein glückliches Ende. Fünf eindeutige Fälle für eine W-Produktion ... wurden am 2x270GeV SPS in CERN 1983 beobachtet." (Frauenfelder/Henley, Teilchen und Kerne, S.106, Oldenbourg-Verl.)

Gegen diese Beweishypothese sei die Aussage gestellt, dass beim Zusammenprall hochenergetischer Teilchen, in diesem Fall Protonen und Antiprotonen mit je 270GeV Energie,  eine so umfangreiche Teilchenpalette entsteht, dass es lediglich eine Frage der Zeit und geeigneter Nachweismethoden ist, bis in der Fülle der Teilchen eine geeignetes sichtbar wird, das den theoretischen Erwartungen hinreichend nahekommt. Im Falle der W-Teilchen ist die Nähe zu angeregten Molybdän-Kernen nicht von der Hend zu weisen. Auswertbare und kritikfeste Angaben über dieses Nachweisexperiment liegen leider nicht vor.