Carbon là nguyên tố phổ biến trong cơ thể sinh vật. Trong đó có lẫn cả đồng vị \(^{12}_6C,^{13}_6C\) và \(^{14}_6C\). Khi còn sống, hàm lượng \(^{14}_6C\) trong cơ thể sinh vật không đổi cứ 1012 nguyên tử carbon thì có 1 nguyên tử \(^{14}_6C\)). Khi sinh vật chết đi, lượng \(^{14}_6C\) trong cơ thể chúng giảm dần theo thời gian trong khi lượng \(^{13}_6C\) và \(^{12}_6C\) không thay đổi. Do đó, tỉ lệ \(^{14}_6C\) cũng giảm dần. Dựa vào tính chất này, các nhà khoa học có thể xác định niên đại của các mẫu vật cổ có nguồn gốc hữu cơ (gỗ, xương, giấy,...) (Hình 3.1).
Quá trình nào xảy ra khiến cho lượng \(^{14}_6C\) trong xác sinh vật giảm dần theo thời gian?
Tất cả các loại carbon đều chứa 6 proton trong hạt nhân, nhưng số lượng neutron có thể khác nhau. Trong trường hợp của carbon-14 (\({}_6^{14}C\)), có 8 neutron trong hạt nhân. Tuy nhiên, carbon-14 là một đồng vị không ổn định, và nó trải qua quá trình phân rã tự nhiên, gọi là phân rã phóng xạ.
Trong quá trình phân rã phóng xạ, carbon-14 phân rã thành một nguyên tử khác với việc phát ra hạt beta (một electron) và một antineutrino. Phản ứng này diễn ra theo phương trình:
\({}_6^{14}C \to {}_7^{14}N + {}_1^0e + {}_0^0\widetilde v\)