Double capture électronique

La double capture électronique est un type de radioactivité de certains isotopes. Pour un nucléide donné de nombre de masse A et de numéro atomique Z, ce mode de radioactivité n'est possible que si la masse du nucléide obtenu (A ; Z-2) est inférieure à celle du nucléide initial.

Dans ce type de radioactivité, deux électrons du cortège électronique sont capturés par deux protons du noyau, devenant ainsi deux neutrons. Deux neutrinos sont émis dans cette transformation. Le nombre de neutrons augmente de 2, et le nombre de protons décroît de 2, le nombre de masse A restant alors inchangé. Par ce changement du nombre de protons, ce mode de radioactivité transforme le nucléide en un autre élément chimique, comme dans le mode de capture électronique simple. Exemple :

${}_{36}^{78} \mathrm {Kr} + 2\ {}_{-1}^{0} \mathrm {e^-} \rarr {}_{34}^{78} \mathrm {Se} + 2\ {}_{0}^{0} \mathrm {\nu_e}$

Dans la plupart des cas, ce mode est masqué par d'autres modes plus probables, mais lorsque tous les autres modes sont impossibles ou très réduits, il devient le mode principal de radioactivité. Il existe 35 isotopes radioactifs naturels qui peuvent produire la double capture électronique.^{[réf. souhaitée]} Mais il n'y a pas d'observations confirmant ces prédictions. Une des raisons est la très faible probabilité de ce mode de radioactivité (les demi-vies prédites sont de l'ordre, voire supérieures à 10²⁰ ans). Une autre raison est que les seules particules détectables dans ce mode sont les rayons X et les électrons Auger, qui sont émis par les couches électroniques excitées par l'absorption des deux électrons et la variation des niveaux d'énergie. Dans l'échelle des énergies d'émission (de 1 à 10 keV), le rayonnement de fond est généralement élevé. Ainsi la détection de la double capture électronique est-elle plus difficile que celle de la double émission β.

Modes « exotiques » de double capture électronique

Il existe d'autres types de radioactivité lors d'une double capture électronique. Si la différence de masse entre le noyau initial et final est plus grande que la masse des deux électrons (1,022 MeV), l'énergie libérée est suffisante pour permettre un autre mode : la capture électronique avec émission de positron. Il advient conjointement avec la double capture électronique, leurs proportions respectives dépendant des propriétés du noyau concerné. Lorsque la différence de masse est supérieure à celle de quatre électrons (2,044 MeV), un troisième mode – la double émission de positron – est possible.

Seulement six isotopes radioactifs naturels peuvent présenter simultanément ces trois modes de radioactivité.^{[réf. souhaitée]}

La double capture électronique sans neutrinos

Le processus initialement décrit, soit la capture de deux électrons avec émission de deux neutrinos (la double capture électronique avec double émission neutronique) est permis par le modèle standard des particules : aucune loi de conservation (y compris la conservation du nombre leptonique) n'est violée. Mais dans le cas où le nombre leptonique n'est pas conservé, un autre mode de ce type de radioactivité est possible : la double capture électronique sans neutrinos. Dans ce cas deux électrons sont capturés par le noyau, mais les neutrinos ne sont pas émis. L'énergie est alors émise par un rayon gamma. Ce mode n'a jamais été observé, et contredirait le modèle standard s'il était détecté.

Voir aussi