En física de partículas y física nuclear , la fracción de ramificación (o razón de ramificación ) para una desintegración es la fracción de partículas que se desintegran mediante un modo de desintegración individual o con respecto al número total de partículas que se desintegran. Se aplica tanto a la desintegración radiactiva de átomos como a la desintegración de partículas elementales . [1] Es igual a la razón entre la constante de desintegración parcial y la constante de desintegración total . A veces se da una vida media parcial , pero este término es engañoso; debido a los modos en competencia, no es cierto que la mitad de las partículas se desintegrarán mediante un modo de desintegración particular después de su vida media parcial . La vida media parcial es simplemente una forma alternativa de especificar la constante de desintegración parcial λ , y las dos están relacionadas mediante:
Por ejemplo, para las desintegraciones de 132 Cs , el 98,1% son desintegraciones ε ( captura de electrones ) o β + ( positrones ) y el 1,9% son desintegraciones β − ( electrones ). Las constantes de desintegración parcial se pueden calcular a partir de la fracción de ramificación y la vida media de 132 Cs (6,479 d), son: 0,10 d −1 (ε + β + ) y 0,0020 d −1 (β − ). Las vidas medias parciales son 6,60 d (ε + β + ) y 341 d (β − ). Aquí el problema con el término vida media parcial es evidente: después de (341+6,60) días casi todos los núcleos se habrán desintegrado, no solo la mitad como uno puede pensar inicialmente.
Los isótopos con una ramificación significativa de los modos de desintegración incluyen cobre-64 , arsénico-74 , rodio-102 , indio-112 , yodo-126 y holmio-164 .
En el campo de la física atómica, molecular y óptica , una fracción de ramificación se refiere a la probabilidad de desintegración a un estado de energía específico de menor nivel desde algún estado excitado. Supongamos que conducimos una transición en un sistema atómico a un estado excitado |e⟩ , que puede desintegrarse en el estado fundamental |g⟩ o en un estado de larga duración |d⟩ . Si la probabilidad de desintegración (la fracción de ramificación) en el estado |g⟩ es , entonces la probabilidad de desintegración en el otro estado |d⟩ sería . [2] Otras desintegraciones posibles se dividirían adecuadamente, con sus probabilidades sumando 1.
En algunos casos, en lugar de una fracción de ramificación, se utiliza una relación de ramificación. En este caso, la relación de ramificación es simplemente la relación de las fracciones de ramificación entre dos estados. Para utilizar nuestro ejemplo anterior, si la fracción de ramificación al estado |g⟩ es , entonces la relación de ramificación que compara las tasas de transición a |g⟩ y |d⟩ sería .
Las fracciones de ramificación se pueden medir de diversas maneras, incluido el registro con resolución temporal de la fluorescencia del átomo durante una serie de transferencias de población en los estados relevantes. [3] [2]
Un procedimiento de medición de muestra para un sistema Λ de tres estados que incluye el estado fundamental |g⟩ , el estado excitado |e⟩ y el estado de larga duración |d⟩ , es el siguiente:
En primer lugar, se preparan todos los átomos en el estado fundamental. A continuación, se activa el láser de bombeo, que impulsa la transición entre el estado fundamental y el estado excitado, y se utiliza un fotomultiplicador (PMT) para contar el "fotón azul" emitido durante la transición. Se registra el fotón azul contado como N .
Cada vez que un átomo pasa al estado excitado, tiene la probabilidad de desintegrarse en un estado de larga duración. Por lo tanto, mientras el láser de bombeo esté encendido, cada vez más átomos terminarán en el estado de larga duración, donde no pueden ser abordados por el láser de enfriamiento.
Una vez que todos los átomos están en el estado |d⟩ , se aplica un láser de rebombeo, que impulsa la transición entre |d⟩ y |e⟩ . Durante este proceso, cada átomo emite un fotón azul. Denote el número de fotones azules emitidos durante este proceso como n .
Entonces la fracción de ramificación para |e⟩ que se desintegra en |g⟩ es
