Подвійний бета-розпад

Подві́йний бе́та-ро́зпад, 2β-розпад, ββ-розпад — загальна назва декількох видів радіоактивного розпаду атомного ядра, які зумовлені слабкою взаємодією та змінюють заряд ядра на дві одиниці. Подвійний бета-розпад у власному значенні слова супроводжується збільшенням заряду ядра на дві одиниці і випромінюванням двох електронів:

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

Інші види 2β-розпаду зменшують заряд ядра на дві одиниці:

• подвійне електронне захоплення, 2ε-захоплення

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

• електронне захоплення з емісією позитрона εβ⁺-розпад

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

• подвійний позитронний розпад, 2β⁺-розпад

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

Вперше подвійний бета-розпад було розглянуто Марією Гепперт-Маєр 1935 року. Вона розробила теорію процесу на основі робіт Енріко Фермі, в яких було сформульовано закономірності взаємодії нуклонів. Марія Гепперт-Маєр оцінила ймовірність процесу для ядер з найбільшими енергіями 2β-переходу і дійшла висновку, що періоди напіврозпаду ядер відносно подвійного бета-розпаду значно перевищують геологічний вік Землі^{[Джерело?]}.

Подвійний бета-розпад — найрідкісніший з усіх процесів радіоактивного розпаду. Всі 11 нуклідів, для яких цей процес достеменно спостерігався, мають період напіврозпаду більш ніж 10¹⁹ років, а один з них (¹²⁸Te) розпадається наполовину за 2×10²⁴ років, що на сьогодні є абсолютним рекордом серед усіх радіоактивних ізотопів^{[Джерело?]}. Слід зазначити, що підтверджені спостереження належать лише до 2β-розпаду зі збільшенням заряду ядра.

Розпад може відбуватися не тільки у основний стан дочірнього ядра, але й у збуджені стани (такий процес спостерігається в ядрах ¹⁰⁰Mo і ¹⁵⁰Nd). У цьому випадку випромінюється також один або декілька гамма-квантів і/або конверсійних електронів.

Безнейтринний подвійний бета-розпад

На відміну від наведених вище процесів (що належать до двонейтринного 2ν2β-розпаду), безнейтринний 0ν2β-розпад не супроводжується емісією нейтрино або антинейтрино. У результаті такого 0ν2β-розпаду лептонне число не зберігається (змінюється на дві одиниці). Хоча Стандартна Модель фізики елементарних частинок забороняє процеси з порушенням закону збереження лептонного числа, багато розширень СМ включають процеси такого роду. Доведено, що для здійснення безнейтринного 2β-розпаду необхідно, щоб нейтрино було масивною майоранівською частинкою (тобто було власною античастинкою)^{[Джерело?]}.

Завдяки цій обставині, 0ν2β-розпад є чутливим індикатором майоранівскої маси нейтрино. В наш час^[Коли?] не існує достовірних спостережень безнейтринних 2β-процесів, проте нижні обмеження на період напіврозпаду за цим каналом для різних ядер досягають 10²³ - 10²⁵ років^{[Джерело?]}. Це відповідає верхньому обмеженню на майоранівску масу нейтрино близько 0,4 - 3 еВ. Крім того, обмеження на ймовірність безнейтринного 2β-розпаду дозволяють встановити обмеження на інші параметри теорії, наприклад на константи зв'язку правих лептонних і кваркових струмів у слабкій взаємодії, константи зв'язку нейтрино з майороном, деякі параметри суперсиметричних моделей.

У даний час у світі діють, споруджуються або розробляються близько десятка великих підземних детекторів, призначених для пошуку безнейтринного подвійного бета-розпаду: NEMO-3, SuperNEMO, GERDA, CUORICINO і CUORE, MAJORANA, EXO, CANDLES, SNO+, KamLAND-Zen, AMoRE, LUMINEU та інші. В Україні дослідження подвійного бета-розпаду здійснюють у відділі фізики лептонів Інституту ядерних досліджень НАН України.

Див. також

• Подвійне електронне захоплення
• Бета-розпад
• Бета-частинки
• Радіоактивність