bêta, rayon

bêta, rayon, émission radioactive constituée d'un flux d'électrons ou de positrons.

Les rayons bêta (ou rayonnement β) ont été identifiés pour la première fois en 1899, parallèlement aux rayons alpha, par le physicien britannique Ernest Rutherford, après qu’il eut soumis des émissions radioactives à des champs électriques et magnétiques (les émissions alpha et bêta étant alors déviées vers des pôles électriques opposés). Par la suite, les particules alpha ont été identifiées comme étant des noyaux d'hélium, et les particules bêta comme étant soit des électrons, soit leurs antiparticules, les positrons.

Les rayons β peuvent être de deux types : β⁺ ou β^-. Les rayons β^- sont issus de la désintégration de radionucléides naturels ou artificiels, tandis que les rayons β⁺ proviennent exclusivement de la radioactivité d’éléments artificiels. Les rayons β^- sont des faisceaux d’électrons et les rayons β⁺ des faisceaux de positrons. Tous deux sont formés par la transformation dans les noyaux d’un neutron en proton et vice versa : si un nucléide contient trop de neutrons pour être stable, les neutrons excédentaires se transforment alors en protons selon la réaction :

n → p+ + e- + e

où n désigne un neutron, p⁺ un proton, e^- un électron et _e un antineutrino électronique. Inversement, un nucléide trop riche en protons est le siège de la réaction suivante :

p+ → n + e+ + νe

où e⁺ désigne un positron et ν_e le neutrino électronique. C'est en étudiant la radioactivité β que Wolfgang Pauli a supposé l'existence des neutrinos en 1931. En effet, les mesures des énergies du noyau ― avant et après l'émission bêta ― et de l'énergie de l'électron (ou du positron) montrent qu'une partie de l'énergie doit être emportée par une autre particule, en vertu de la loi de conservation de l'énergie totale. L'existence des neutrinos a été confirmée en 1956 par les physiciens américains Frederick Reines et Clyde Cowan.

Les particules β sont émises avec des vitesses pouvant atteindre des valeurs voisines de celle de la lumière. Cependant, leurs trajectoires dans la matière sont très sinueuses, contrairement aux rayons alpha. Ceci est dû à la faible masse des électrons (ou des positrons) qui leur vaut d’être plus facilement déviés. En revanche, leur pouvoir de pénétration est important : une colonne d’air de plusieurs mètres ou plusieurs millimètres d’aluminium sont nécessaires pour les arrêter.

Les rayons β sont souvent accompagnés de rayons gamma, du fait qu’après l’émission, les noyaux se trouvent dans un état excité ; ceux-ci se désexcitent par émission d’un photon gamma.

Les rayons β peuvent être utilisés pour ioniser des gaz, ou pour produire des rayons X par bombardement de cibles métalliques.