Visión digital./Visión digital/Getty Images
El núcleo de un átomo está formado por protones y neutrones, que a su vez están compuestos de quarks. Cada elemento tiene un número fijo de protones, pero los isótopos difieren en el número de neutrones. Cuando un núcleo puede alcanzar una configuración de menor energía, puede transformarse en un elemento diferente.
La mecánica cuántica nos dice que un núcleo inestable acabará perdiendo energía, pero no puede predecir el momento exacto de desintegración de un solo átomo. En cambio, proporciona una vida media:el tiempo promedio durante el cual se desintegrará un grupo grande de núcleos idénticos. Los primeros tres modos de desintegración identificados (alfa, beta y gamma) forman la columna vertebral de la desintegración radiactiva.
La desintegración alfa expulsa un núcleo de helio (dos protones y dos neutrones). Por ejemplo, el uranio-238 (92p+146n) emite una partícula alfa para convertirse en torio-234 (90p+144n). La desintegración beta convierte un neutrón en un protón, emitiendo un electrón y un antineutrino. El carbono-14 (6p+8n) sufre desintegración beta a nitrógeno-14 (7p+7n).
Después de la emisión alfa o beta, el núcleo hijo suele permanecer en un estado excitado. Para alcanzar su estado fundamental, el núcleo libera el excedente de energía en forma de rayos gamma, un fotón electromagnético con una frecuencia mucho mayor que la de la luz visible. Los rayos gamma viajan a la velocidad de la luz y solo transportan energía, sin carga ni masa. Un caso clásico es el cobalto-60, que se desintegra beta a níquel-60 y luego emite dos fotones gamma cuando alcanza su nivel de energía más bajo.
La mayoría de los núcleos excitados emiten rayos gamma casi instantáneamente, pero algunos son "metaestables", reteniendo el exceso de energía durante tiempos que van desde fracciones de segundo hasta muchos años, cuando un cambio en el espín nuclear bloquea la emisión gamma inmediata. Cuando un electrón circundante absorbe un fotón gamma, el electrón puede ser expulsado de su órbita en el efecto fotoeléctrico, lo que ilustra el vínculo íntimo entre los procesos nucleares y atómicos.
