WikiSort.ru - Не сортированное

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 Ионизирующее излучение · 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 · Тройная гелиевая реакция · Гелиевая вспышка · Ядерное горение углерода · Углеродная детонация · Ядерное горение кислорода · Ядерное горение неона · Ядерное 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:

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

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

• двойной электронный захват, 2ε-захват

${\displaystyle (A,Z)+2e^{-}\rightarrow (A,Z-2)+2\nu _{e};}$

• электронный захват с эмиссией позитрона, εβ⁺-распад

${\displaystyle (A,Z)+e^{-}\rightarrow (A,Z-2)+e^{+}+2\nu _{e};}$

• двойной позитронный распад, 2β⁺-распад

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

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 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][4].

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: 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.

Двойной безнейтринный бета-распад – это, вероятно, тот самый процесс, исследуя который можно определить природу нейтрино (дираковская это частица или майорановская) и прямую иерархию масс нейтрино.

Примечания

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.