Двойной бета-распад. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Двойной бета-распад - особый вид бета-распада ядер, при к-ром ядро испускает два электрона или позитрона, превращаясь в ядро-изобару с зарядом

(Z - заряд родительского ядра). В случае сохранения лептонного числа Д. б--р. сопровождается испусканием двух электронных антинейтрино или нейтрино

(N - количество нейтронов, А - массовое число). Если лептонное число не сохраняется, нейтрино может быть истинно нейтральной частицей, т. е. совпадать со своей античастицей. Такое нейтрино называют майорановским. В этом случае возможен безнейтринный

Д. б--р.:

При этом нейтрино, испускаемое в одном из элементарных актов одиночного

-распада поглощается во втором, напр.:

Д. б--р. возможен, когда цепочка одиночных

-распадов

запрещена или имеет малую вероятность. Такая ситуация возникает, если промежуточное ядро

имеет слишком большую массу M или полный угловой момент I, сильно отличающийся от моментов начального или конечного ядер. В 1-м случае при

(

- массы электрона и электронного нейтрино) переход запрещён законом сохранения энергии. Энергетич. запрет реализуется, напр., для переходов

; велика степень запрета переходов

. К Д. б--р. относят также процессы, связанные с процессами (1) и (2) перекрестной симметрией, напр. электронный захват с испусканием позитрона:

Основные механизмы Д. б--р. Двухнейтринный Д. б--р.

может рассматриваться как процесс, при к-ром два нуклона ядра одновременно претерпевают обычный бета-распад. Возможен также однонуклонный процесс, обусловленный существованием в ядрах небольшой примеси нуклонных изобар со спином

, изоспином T=

и массой M=1236 МэВ (

-изобара, см. Резонансы; )в этом случае возможны процессы:

(аналогично для

-распадов). Возможен также двухнуклонный распад, обусловленный обменом между нуклонами заряженным

-мезоном. При этом виртуальный

-мезон может претерпеть Д. б--р :

В калибровочных теориях электрослабых взаимодействий есть иные механизмы Д. б--р. В частности, в теориях с дважды заряженными скалярными Хиггса бозонами возможен Д. б--р. виртуальных хиггсовских частиц. В ряде калибровочных теорий возможен также необычный механизм безнейтринного Д. б--р :

где М°(т. н. майорон) - безмассовая скалярная частица. Она возникает при спонтанном нарушении глобальной калибровочной симметрии, связанной с сохранением лептонного заряда (см. Голдстоуновские бозоны).

Рис. 1. Спектр одиночных электронов

-распада в случае майорановского нейтрино

-энергия электрона,

- разность масс начального и конечного ядер. Энергия приводится в системе единиц, в которой с=1.

Рис. 2. Энергетическая зависимость углового распределения электронов

-распада в случае

Согласно совр. представлениям, Д. б--р. обусловлен превращениями кварков, входящих в состав нуклонов. Напр., при

-распадах 2d-кварка превращаются в 2u-кварка с испусканием 2 электронов и 2 нейтрино (или 0 нейтрино). Если оба d-кварка принадлежат одному и тому же нуклону (или

-изобаре), то Д. б--р. обусловлен однонуклонными процессами вида (5); если же они принадлежат разным нуклонам, Д. б--р. имеет двухнуклонный характер (3). Пионный механизм

-распада (6) обусловлен одноврем. превращением d- и

-кварков, образующих p-мезон.

Рис. 3. Спектр одиночных электронов

-распада, обусловленного правыми токами.

Рис. 4. Энергетическая зависимость углового распределения электронов

-распада, обусловленного правыми токами.

Безнейтринный Д. б--р. может дать уникальную информацию о свойствах нейтрино и слабого взаимодействия. Для того чтобы произошёл двойной безнейтринный

-распад, условия

недостаточно. Если

=0, то рождающееся в элементарном акте одиночного

-распада (3) нейтрино полностью правополяризовано и не может поглотиться во втором акте, т. к. этот процесс обусловлен левыми токами. Если

, то поляризация нейтрино не является полной; волновая функция нейтрино имеет примесь левополяризованного состояния с весом

(

- энергия нейтрино). Поэтому для майорановского нейтрино при

может происходить

-распад. Этот процесс возможен и в том случае, если

, но слабые взаимодействия содержат небольшую примесь правых токов. Чтобы определить, каким механизмом обусловлен

-распад, необходимо изучать одноэлектронные спектры и распределение по углу

разлета электронов. Дифференц. вероятность Д. б--р. может быть представлена в виде

где

- энергия одиночного электрона. функции

, характеризующие спектры одиночных электронов и их угловые распределения, имеют разл. вид в зависимости от того, обусловлен ли

-распад ненулевой массой майорановского нейтрино или правыми токами (рис. 1-4). В случае безнейтринного распада с испусканием Майорова суммарная энергия двух электронов не равна энергии перехода

(рис. 5, 6).

Рис. 5. Спектр одиночных электронов

-распада с испусканием майорона.

Рис. 6. Распределение по суммарной энергии электронов

в случае

-распада с испусканием Майорова.

Поиск Д. б--р. Сложность эксперим. изучения Д. б--р. обусловлена его чрезвычайно малой вероятностью. Косвенные эксперименты основаны на геохим. анализе древних пород, содержащих ядра ¹³⁰Te, ¹²⁸Te, ⁸²Se, к-рые при Д. б--р. переходят в ¹³⁰Xe, ¹²⁸Xe и ⁸²Kr. Данные по отношению периодов полураспада ¹²⁸Te и ¹³⁰Te не исключают возможности

-распада. Надёжное же подтверждение существования Д. б--р. может быть получено только в прямых экспериментах, в к-рых регистрируются электроны распада. Однако они пока позволили установить лишь верх. границу вероятности

-распадов ряда ядер. Для переходов

получены ограничения:

, 5*10²¹ и 2,1*10²¹лет.

Рис. 7. Спектр одиночных электронов

-распада.

Литература по двойному бета-распаду

Знаете ли Вы, что такое "усталость света"?
Усталость света, анг. tired light - это явление потери энергии квантом электромагнитного излучения при прохождении космических расстояний, то же самое, что эффект красного смещения спектра далеких галактик, обнаруженный Эдвином Хабблом в 1926 г.
На самом деле кванты света, проходя миллиарды световых лет, отдают свою энергию эфиру, "пустому пространству", так как он является реальной физической средой - носителем электромагнитных колебаний с ненулевой вязкостью или трением, и, следовательно, колебания в этой среде должны затухать с расходом энергии на трение. Трение это чрезвычайно мало, а потому эффект "старения света" или "красное смещение Хаббла" обнаруживается лишь на межгалактических расстояниях.
Таким образом, свет далеких звезд не суммируется со светом ближних. Далекие звезды становятся красными, а совсем далекие уходят в радиодиапазон и перестают быть видимыми вообще. Это реально наблюдаемое явление астрономии глубокого космоса. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.