Двойной бета-распад

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
⚙️  Ядерная физика
CNO Cycle.svg
Атомное ядро · Радиоактивный распад · Ядерная реакция · Термоядерная реакция
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:

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

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 128Te период полураспада составляет (3,5±2,0)·1024 лет[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 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)[2], и криптона-78[3].

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[править | править вики-текст]

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: GERDA, NEMO-3, Genius, Cuore, Majorana и т. д.

 Главная особенность устройства GERDA заключается в использовании криогенного жидкого аргона (LAr) в качестве защиты от гамма-излучения - доминирующим фоном в более ранних экспериментах. Обогащенные германиевые (76Ge) детекторы высокой чистоты погружаются непосредственно в криогенную жидкость, которая также выступает в качестве охлаждающей среды. Чтобы достичь уровня фона, необходимого для Фазы II, необходимы новые методы для подавления собственного фона детекторов, который в основном образуется за счет космологически производимых изотопов. Сегментация детекторов, а также анализ формы импульса и антисовпадений между соседними детекторами, собранными в несколько цепочек, поможет выявить и отобрать фоновые события, происходящие из-за многократного комптоновского рассеяния. Кроме того новая концепция использования сцинтилляционного света LAr как сигнала антисовпадения для дальнейшего фоноподавления находится в стадии разработки. GERDA установлен в зале A в LNGS из INFN Италии (1400 м под скалой). Сотрудничество GERDA состоит из около 80 физиков из 13 институтов из 5 стран.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 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. — Bibcode2003NuPhA.729....3A.
  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.
  3. (2016) «Review of Particle Physics». Chinese Physics C 40 (10): 100001. DOI:10.1088/1674-1137/40/10/100001., p. 768.

Литература[править | править вики-текст]