Подвійний бета-розпад

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

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:

(A,Z) + 2e^- \rightarrow (A,Z-2) + 2 \nu_e;\,\!
(A,Z) +  e^- \rightarrow (A,Z-2) +  e^+ + 2 \nu_e;\,\!
(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[ред.ред. код]

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 майоранівської маси нейтрино. Станом на осінь 2013 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 майоранівську 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[ред.ред. код]