Двойной бета-распад
Двойной бета-распад, 2β-распад, ββ-распад — общее название нескольких видов радиоактивного распада атомного ядра, которые обусловлены слабым взаимодействием и изменяют заряд ядра на две единицы[1].
Двойной бета-распад в собственном смысле слова сопровождается увеличением заряда ядра на две единицы и излучением двух электронов:
- [math]\displaystyle{ (A,Z) \rightarrow (A,Z+2) + 2e^- + 2 \bar{\nu}_e. }[/math]
Другие виды 2β-распада уменьшают заряд ядра на две единицы:
- двойной электронный захват, 2ε-захват
- [math]\displaystyle{ (A,Z) + 2e^- \rightarrow (A,Z-2) + 2 \nu_e; }[/math]
- электронный захват с эмиссией позитрона, εβ+-распад
- [math]\displaystyle{ (A,Z) + e^- \rightarrow (A,Z-2) + e^+ + 2 \nu_e; }[/math]
- двойной позитронный распад, 2β+-распад
- [math]\displaystyle{ (A,Z) \rightarrow (A,Z-2) + 2e^+ + 2 \nu_e. }[/math]
Двойной бета-распад — самый редкий из всех процессов радиоактивного распада. Все 14 нуклидов, для которых этот процесс достоверно наблюдался, имеют период полураспада больше чем 7×1018 лет[2], а у 128Te период полураспада составляет (3,5±2,0)⋅1024 лет[3], что на сегодня является абсолютным рекордом среди всех радиоактивных нуклидов. Подтверждённые наблюдения относятся только к 2β-распаду с увеличением заряда ядра, за исключением бария-130, испытывающего, вероятно, двойной электронный захват (период полураспада (2,2±0,5)⋅1021 лет, измерен в геохимическом эксперименте по накоплению продукта распада, ксенона-130, в кристаллической решётке древнего минерала, содержащего барий)[3], криптона-78[4] и ксенона-124[5].
Распад может осуществляться не только на основное состояние дочернего ядра, но и на возбуждённые состояния. В этом случае излучается также один или несколько гамма-квантов и/или конверсионных электронов.
Безнейтринный двойной бета-распад
В отличие от приведённых выше реакций (относящихся к двухнейтринному 2ν2β-распаду), безнейтринный 0ν2β-распад не сопровождается эмиссией нейтрино или антинейтрино. В результате такого процесса лептонное число не сохраняется (изменяется на две единицы). Хотя Стандартная Модель физики элементарных частиц запрещает процессы с нарушением закона сохранения лептонного числа, многие расширения СМ включают в себя процессы такого рода. Доказано, что для осуществления безнейтринного 2β-распада необходимо, чтобы нейтрино
- являлось майорановской частицей (то есть представляло собой собственную античастицу), и
- обладало массой.
Благодаря этому обстоятельству, 0ν2β-распад является чувствительным индикатором майорановской массы нейтрино. В настоящее время не существует достоверных наблюдений безнейтринных 2β-процессов, однако нижние ограничения на период полураспада по этому каналу для разных ядер достигают [math]\displaystyle{ 4,6 \times 10^{24} }[/math] лет. Это соответствует верхнему ограничению на майорановскую массу нейтрино порядка нескольких сотен миллиэлектронвольт[6]. Кроме того, ограничения на вероятность безнейтринного 2β-распада позволяют установить ограничения на другие параметры теории, например на константы связи правых лептонных и кварковых токов в слабом взаимодействии, константы связи нейтрино с майороном, некоторые параметры суперсимметричных моделей. В настоящее время в мире действует или сооружается около десятка крупных подземных детекторов, предназначенных для поиска безнейтринного двойного бета-распада: GERDA, NEMO-3, Genius, Cuore, Majorana и т. д.
Благодаря исследованиям двойного безнейтринного бета-распада можно определить природу нейтрино (дираковская это частица или майорановская) и иерархию масс нейтрино (прямая или инвертированная).
См. также
Примечания
- ↑ Наумов А. И. Физика атомного ядра и элементарных частиц. - М., Просвещение, 1984. - С. 203
- ↑ Audi G., Bersillon O., Blachot J., Wapstra A. H. The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties // Nuclear Physics A. — 2003. — Т. 729. — С. 3—128. — doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. — .
- ↑ 3,0 3,1 List of Adopted Double Beta (ββ) Decay Values. Архивная копия от 12 октября 2008 на Wayback Machine National Nuclear Data Center. Brookhaven National Laboratory, 2010. Brookhaven National Laboratory Report BNL-91299-2010 Архивная копия от 5 марта 2022 на Wayback Machine.
- ↑ Patrignani, C. et al. Review of Particle Physics (неопр.) // Chinese Physics C[англ.]. — 2016. — Т. 40, № 10. — С. 100001. — doi:10.1088/1674-1137/40/10/100001., p. 768.
- ↑ Aprile, E. et al. Observation of two-neutrino double electron capture in 124Xe with XENON1T (англ.) // Nature : journal. — 2019. — Vol. 568. — P. 532—535. — doi:10.1038/s41586-019-1124-4.
- ↑ doi:10.1103/PhysRevLett.129.111801
Вы можете подставить цитату вручную или с помощью бота.
Литература
- Двойной бета-распад / Под ред. Б. С. Ишханова. — М.: КДУ, 2016. — 204 с. — ISBN 978-5-913046-17-8.
- Барабаш А. С. Обзор современных экспериментов по двойному бета-распаду // Ядерная физика. - 2007. - Т. 70. № 7. - С. 1230-1241.
- Али А., Борисов А. В., Журидов Д. В. Угловое распределение электронов в безнейтринном двойном бета-распаде и новая физика // Ядерная физика. - 2007. - Т. 70. № 7. - С. 1305-1310.
- Reyco Henning. Current status of neutrinoless double-beta decay searches (англ.) // Reviews in Physics. — 2016. — Vol. 1. — P. 29–35. — doi:10.1016/j.revip.2016.03.001.