(Z - заряд родительского ядра). В случае сохранения лептонного числа Д. б--р. сопровождается испусканием двух электронных антинейтрино или нейтрино
:
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. функции 
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.
E. X. Ахмедов
|
|
 |
