Двойной бета-распад

Ядерная физика

Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция · Термоядерная реакция

Основные термины Атомное ядро · Изотопы · Изобары · Капельная модель ядра · Период полураспада · Массовое число · Составное ядро · Цепная ядерная реакция · Ядерное эффективное сечение Распад ядер Закон радиоактивного распада · Альфа-распад · Бета-распад · Кластерный распад Сложный распад Электронный захват · Двойной бета-распад · Двойной электронный захват · Внутренняя конверсия · Изомерный переход Излучения Нейтронный распад · Позитронный распад · Протонный распад · Гамма излучение · Фоторасщепление Захваты Электронный захват · Нейтронный захват (r-процесс · s-процесс) · Протонный захват (p-процесс · rp-процесс) · Нейтронизация Деление ядра Спонтанное деление Нуклеосинтез Протон-протонный цикл · CNO-цикл · Тройной альфа-процесс · Гелиевая вспышка · Горение углерода · Углеродная детонация · Горение кислорода · Горение неона · Горение кремния · Реакции скалывания Известные учёные Беккерель · Бете · Бор · Гейзенберг · Кюри М. · Кюри П. · Резерфорд · Содди · Уилер · Ферми

См. также: Портал:Физика

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. Двойной бета-распад в собственном смысле слова сопровождается увеличением заряда ядра на две единицы и излучением двух электронов:

$(A,Z) \rightarrow (A,Z+2) + 2e^- + 2 \bar{\nu}_e.$

Другие виды 2β-распада уменьшают заряд ядра на две единицы:

• двойной электронный захват, 2ε-захват

$(A,Z) + 2e^- \rightarrow (A,Z-2) + 2 \nu_e;\,\!$

• электронный захват с эмиссией позитрона, εβ⁺-распад

$(A,Z) + e^- \rightarrow (A,Z-2) + e^+ + 2 \nu_e;\,\!$

• двойной позитронный распад, 2β⁺-распад

$(A,Z) \rightarrow (A,Z-2) + 2e^+ + 2 \nu_e.\,\!$

Двойной бета-распад — самый редкий из всех процессов радиоактивного распада. Все 11 нуклидов, для которых этот процесс достоверно наблюдался, имеют период полураспада больше чем 7×10¹⁸ лет^[1], а у [2], что на сегодня является абсолютным рекордом среди всех радиоактивных изотопов. Следует отметить, что подтверждённые наблюдения относятся только к 2β-распаду с увеличением заряда ядра, за исключением бария-130, испытывающего, вероятно, двойной электронный распад (период полураспада (2,2±0,5)·10²⁴ лет, измерен в геохимическом эксперименте по накоплению продукта распада, ксенона-130, в кристаллической решётке древнего минерала, содержащего барий)^[2].

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
• нейтрино 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 10²⁵ лет. Это соответствует верхнему ограничению на майорановскую массу нейтрино около 0,4 эВ. 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: NEMO-3, Genius, Cuore, Majorana и т. д.

Примечания

1. ↑ G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot and A. H. Wapstra (2003). «The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties». Nuclear Physics A 729: 3–128. DOI:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001.
2. ↑ ^{1 2} List of Adopted Double Beta (ββ) Decay Values. National Nuclear Data Center. Brookhaven National Laboratory, 2010. Brookhaven National Laboratory Report BNL-91299-2010.