Czy izotop gadolin-160 jest nietrwały?

Pytanie

Pyta Robert

Chciałbym zapytać o gadolin-160.
1. Dlaczego ten izotop uznawany jest za nietrwały, skoro nie zaobserwowano do tej pory rozpadu jego jądra?
2. Na podstawie jakich przesłanek oszacowany został teoretyczny czas półrozpadu na ponad 10^21lat?

Zakładam, że budowa jądra Gd-160 nie spełnia jakichś kryteriów stabilności. Czy rzeczywiście takie kryteria istnieją? I jeśli tak gdzie można znaleźć więcej informacji na ten temat?

Odpowiedź

Odpowiada Krzysztof Miernik

Izotop Gd-160 może ulegać tylko bardzo wolnemu i mało prawdopodobnemu podwójnemu rozpadowi beta. Oznacza to, że dwa neutrony jednocześnie muszą się zamienić w protony. Normalny rozpad tego typu – z emisją neutrin – został zaobserwowany dla kilkunastu przypadków (np. Ca-48, Ge-76, Te-130) i czasy połowicznego zaniku są w granicach 1019-24 lat. W przypadku gadolinu znalazłem tylko informację, że istnieje dolny limit 3*1019 lat, ale nie został on zaobserwowany.

W przypadku jąder które rozpadają się przez podwójny rozpad beta mamy zawsze do czynienia z jądrami o parzystej liczbie atomowej. Ponieważ jądra o parzystej liczbie protonów i neutronów są lepiej związane niż nieparzysto-nieparzyste, może zdarzyć się sytuacja, że normalny rozpad beta nie jest możliwy, ale istnieje możliwość rozpadu podwójnego. Okres połowicznego zaniku można zmierzyć eksperymentalnie – wystarczy zgromadzić dostatecznie dużo jąder, aby rozpad zachodził dostatecznie często (z pomocą przychodzi fakt, że 1 mol to 6.02*1023 atomów – naprawdę dużo!). Oczywiście istnieją też modele rozpadu beta i z ich pomocą można oszacować prawdopodobieństwo rozpadu i co za tym idzie obliczyć okres połowicznego zaniku.

Ciekawostką jest fakt, że być może istnieje inny rodzaj podwójnego rozpadu beta, tzw. bezneutrinowy, w którym dwa emitowane neutrina anihilują ze sobą wzajemnie. Gdyby tak było, znaczyłoby to, że neutrina są swoimi własnymi antycząstkami (czyli tzw. cząstkami Majorany, zobacz też tu). Istnieje kilka eksperymentów ciągle poszukujących tego niezwykłego zjawiska.