двойной бета-распад

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:

Д. б--р. имеет малую вероятность: периоды полураспада ~10²⁰-10²² лет.

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. Ф-ции и , 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 , и получены ограничения: , 5*10²¹ и 2,1*10²¹ лет.

Рис. 7. Спектр одиночных электронов -распада.

Лит.: Зельдович Я. Б., Лукьянов С. Ю, Смородинский Я. А., Свойства нейтрино и двойной Р-распад, "УФН", 1954, т. 54, с. 361, Лазаренко В. Р., Двойной бета-распад и свойства нейтрино, там же, 1966, т. 90, с. 601; Понтекорво Б. M., Детство и юность нейтринной физики: некоторые воспоминания, "Природа", 1983, № 1, с. 43; Здесенко Ю. Г., Двойной b-распад и сохранение лептонного заряда, "ЭЧАЯ", 1980, т. 11, с. 1369; Щепкин M. Г., Двойной бета-распад и масса нейтрино, "УФН", 1984, т. 143, с. 513. E. X. Ахмедов.

   <<      Предметный указатель      >>