Le processus par lequel un noyau atomique instable perd de l'énergie en émettant un rayonnement ou des particules.La désintégration nucléaire est le processus par lequel un noyau atomique instable perd spontanément de l'énergie en émettant un rayonnement, tel que des particules alpha, des particules bêta, des rayons gamma ou, dans de rares cas, d'autres particules. C'est un phénomène fondamental qui est à l'origine de la radioactivité, alimente les étoiles et façonne la composition de l'univers. Ce concept est essentiel pour comprendre la stabilité de la matière, l'énergie libérée dans les réactions nucléaires et le comportement des rayons cosmiques, comme le soulignent les articles fournis. Par exemple, le « genou » dans les spectres des rayons cosmiques—où le flux des noyaux change de pente—est lié à la manière dont différents noyaux se désintègrent ou interagissent au cours de leur voyage dans l'espace. De même, la désintégration des neutrinos, bien qu'hypothétique, est explorée dans le contexte de la réconciliation des modèles cosmologiques avec les observations en laboratoire.
Le concept de désintégration nucléaire est né de la découverte de la radioactivité par Henri Becquerel en 1896, suivie de l'identification des rayonnements alpha, bêta et gamma par Ernest Rutherford et d'autres au début des années 1900. La loi de décroissance exponentielle a été formulée par Rutherford et Frederick Soddy en 1902, et l'explication mécanique quantique de la désintégration alpha a été fournie par George Gamow en 1928.
La désintégration nucléaire se produit parce que le noyau se trouve dans un état d'énergie supérieur à celui d'une configuration alternative possible. La mécanique quantique permet au noyau de traverser par effet tunnel la barrière d'énergie qui le sépare d'un état plus stable, même si cela serait classiquement interdit. La probabilité de désintégration par unité de temps est caractérisée par la demi-vie, qui varie de fractions de seconde à des milliards d'années. Le processus de désintégration est régi par l'interaction nucléaire faible (pour la désintégration bêta) et l'interaction nucléaire forte (pour la désintégration alpha), les particules émises emportant l'excès d'énergie et de moment cinétique. Dans certains cas, comme lors de la désintégration d'un faux vide dans un anneau d'atomes, le processus est analogue à un effet tunnel quantique à l'échelle macroscopique, comme décrit dans l'article sur la désintégration quantique créée en laboratoire.
La désintégration nucléaire est utilisée en datation radiométrique (par exemple, la datation au carbone 14), en imagerie médicale et en thérapie (par exemple, les examens TEP et la radiothérapie pour le cancer), ainsi que dans la production d'énergie nucléaire, où la désintégration des produits de fission contribue à la production de chaleur du combustible usé.
La désintégration d'un noyau unique est un événement aléatoire, mais pour un grand échantillon, le taux de désintégration est si prévisible qu'il sert de base à la mesure du temps la plus précise au monde—les horloges atomiques reposent sur la fréquence précise du rayonnement émis lors de certaines transitions nucléaires, et non sur la désintégration elle-même, mais les mêmes principes quantiques s'appliquent.
