اضمحلال بيتا المزدوج

مخطط فاينمان من الرتبة الأولى لتحلل بيتا المزدوج العادي (β-β-{\displaystyle \beta ^{-}\beta ^{-}}وضع)

في الفيزياء النووية ، يُعدّ تحلل بيتا المزدوج نوعًا من التحلل الإشعاعي ، حيث يتحول نيوترونان في آنٍ واحد إلى بروتونين ، أو العكس، داخل نواة الذرة . وكما هو الحال في تحلل بيتا الأحادي ، تسمح هذه العملية للذرة بالاقتراب من النسبة المثلى للبروتونات والنيوترونات. ونتيجةً لهذا التحول، تُصدر النواة جسيمين من جسيمات بيتا قابلة للكشف ، وهما إلكترونات أو بوزيترونات .

تُفرّق الدراسات العلمية بين نوعين من اضمحلال بيتا المزدوج: اضمحلال بيتا المزدوج العادي، واضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو . في اضمحلال بيتا المزدوج العادي، الذي رُصد في العديد من النظائر، ينبعث إلكترونان ومضادا نيوترينو إلكترونيان من النواة المتحللة. أما في اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو ، وهو عملية مفترضة لم تُرصد قط، فينبغي أن تنبعث إلكترونات فقط.

تاريخ

طُرحت فكرة الاضمحلال بيتا المزدوج لأول مرة من قِبل ماريا غوبرت ماير عام 1935. [ 1 ] [ 2 ] وفي عام 1937، أثبت إيتوري ماجورانا أن جميع نتائج نظرية اضمحلال بيتا تبقى دون تغيير إذا كان النيوترينو هو جسيمه المضاد، المعروف الآن باسم جسيم ماجورانا . [ 3 ] وفي عام 1939، اقترح ويندل إتش. فوري أنه إذا كانت النيوترينوات جسيمات ماجورانا، فإن الاضمحلال بيتا المزدوج يمكن أن يحدث دون انبعاث أي نيوترينوات، عبر العملية التي تُسمى الآن الاضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو . [ 4 ] ولا يزال من غير المعروف ما إذا كان النيوترينو جسيم ماجورانا، وبالتالي، ما إذا كان الاضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو موجودًا في الطبيعة. [ 5 ]

بما أن انتهاك التكافؤ في التفاعلات الضعيفة لم يُكتشف حتى عام 1956، فقد أظهرت حسابات سابقة أن اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو سيكون أكثر احتمالًا بكثير من اضمحلال بيتا المزدوج العادي، إذا كانت النيوترينوات جسيمات ماجورانا. وكانت أعمار النصف المتوقعة في حدود 1015 ~ 1016  عامًا. [ 5 ] تعود الجهود المبذولة لمراقبة العملية في المختبر إلى عام 1948 على الأقل، عندما قام إي إل فايرمان بأول محاولة لقياس نصف عمر 124 بشكل مباشرنظير القصدير Sn باستخدام عداد جايجر . [ 6 ] أسفرت التجارب الإشعاعية التي أُجريت حتى عام 1960 تقريبًا عن نتائج سلبية أو نتائج إيجابية خاطئة، لم تؤكدها التجارب اللاحقة. في عام 1950، ولأول مرة، تم تحديد عمر النصف لتحلل بيتا المزدوج البالغ 130تم قياس نسبة التيلوريوم باستخدام الطرق الجيوكيميائية وكانت 1.4 × 1021  عامًا، [ 7 ] وهو قريب إلى حد معقول من القيمة الحديثة. وقد تضمن ذلك الكشف عن تركيز الزينون الناتج عن التحلل في المعادن.

في عام 1956، وبعد إثبات طبيعة التفاعلات الضعيفة V − A ، اتضح أن عمر النصف لتحلل بيتا المزدوج عديم النيوترينو سيتجاوز بكثير عمر النصف لتحلل بيتا المزدوج العادي. وعلى الرغم من التقدم الكبير في التقنيات التجريبية خلال الستينيات والسبعينيات، لم يُرصد تحلل بيتا المزدوج في المختبر حتى الثمانينيات. وقد تمكنت التجارب آنذاك من تحديد الحد الأدنى لعمر النصف، والذي يبلغ حوالي 1021  عامًا. وفي الوقت نفسه، كشفت التجارب الجيوكيميائية عن اضمحلال بيتا المزدوج لـ 82Se و 128Te . [ 5 ]

تم رصد اضمحلال بيتا المزدوج لأول مرة في مختبر عام 1987 من قبل مجموعة مايكل مو في جامعة كاليفورنيا في إرفاين عام 1982.[ 8 ] منذ ذلك الحين ، رصدت العديد من التجارب اضمحلال بيتا المزدوج العادي في نظائر أخرى. لم تُسفر أي من تلك التجارب عن نتائج إيجابية لعملية الاضمحلال عديم النيوترينو، مما رفع الحد الأدنى لعمر النصف إلى حوالي 10استمرت التجارب الجيوكيميائية لمدة 25  عامًا خلال تسعينيات القرن الماضي، وأسفرت عن نتائج إيجابية لعدة نظائر. [ 5 ] يُعدّ تحلل بيتا المزدوج أندر أنواع التحلل الإشعاعي المعروفة؛ فمنذ عام 2019، لوحظ في 14 نظيرًا فقط (بما في ذلك التقاط الإلكترون المزدوج في 130 نظيرًا) .تمت ملاحظة Ba في عام 2001، 78تم رصد الكريبتون في عام 2013، و 124تم رصد الزينون في عام 2019)، وجميعها لها متوسط ​​عمر يزيد عن 1018  سنة (الجدول أدناه). [ 5 ]

تحلل بيتا المزدوج العادي

في عملية تحلل بيتا المزدوج النموذجية، يتحول نيوترونان في النواة إلى بروتونات، وينبعث إلكترونان ومضادا نيوترينو إلكترونيان . يمكن اعتبار هذه العملية بمثابة تحللين متزامنين من نوع بيتا السالب. ولكي يكون تحلل بيتا المزدوج ممكنًا، يجب أن تمتلك النواة النهائية طاقة ربط أكبر من النواة الأصلية. بالنسبة لبعض النوى، مثل الجرمانيوم-76 ، فإن النظير الأيزوباري الأعلى منه برقم ذري واحد ( الزرنيخ-76 ) يمتلك طاقة ربط أصغر، مما يمنع حدوث تحلل بيتا الأحادي. ومع ذلك، فإن النظير الأيزوباري الأعلى منه برقمين ذريين، السيلينيوم-76 ، يمتلك طاقة ربط أكبر، لذا يُسمح بحدوث تحلل بيتا المزدوج.

يمكن حساب طيف انبعاث الإلكترونين بطريقة مشابهة لحساب طيف انبعاث بيتا باستخدام قاعدة فيرمي الذهبية . ويُعطى المعدل التفاضلي بالعلاقة التالية:

دشمال(تي1،تي2،كوسθ)دتي1دتي2دكوسθ=F(Z،تي1)F(Z،تي2)w1ص1w2ص2(سؤال-تي1-تي2)5(1-v1v2كوسθ){\displaystyle {\frac {dN(T_{1},T_{2},\cos \theta )}{dT_{1}dT_{2}d\cos \theta }}=F(Z,T_{1})F(Z,T_{2})w_{1}p_{1}w_{2}p_{2}(Q-T_{1}-T_{2})^{5}(1-v_{1}v_{2}\cos \theta )}

حيث تشير الرموز السفلية إلى كل إلكترون، وT هي الطاقة الحركية، وw هي الطاقة الكلية، و F ( Z , T ) هي دالة فيرمي حيث Z هي شحنة نواة الحالة النهائية، و p هي الزخم، وv هي السرعة بوحدات c .كوسθ{\displaystyle \cos \theta }هي الزاوية بين الإلكترونات، و Q هي قيمة Q للتحلل.

بالنسبة لبعض النوى، تحدث هذه العملية بتحويل بروتونين إلى نيوترونات، مع انبعاث نيوترينوين إلكترونيين وامتصاص إلكترونين مداريين (أسر مزدوج للإلكترون). إذا كان فرق الكتلة بين الذرة الأم والذرة الناتجة أكبر من 1.022 ميغا إلكترون فولت  / (كتلتان إلكترونيتان)، يصبح تحلل آخر ممكنًا، وهو أسر إلكترون مداري واحد وانبعاث بوزيترون واحد . وعندما يكون فرق الكتلة أكبر من 2.044 ميغا إلكترون فولت / (أربع كتل إلكترونية)، يصبح انبعاث بوزيترونين ممكنًا. لم تُلاحظ هذه الفروع النظرية للتحلل. 

نظائر معروفة لتحلل بيتا المزدوج

يوجد 35 نظيرًا طبيعيًا قادرًا على التحلل المزدوج بيتا. [ 9 ] عمليًا، يمكن رصد هذا التحلل عندما يكون التحلل الأحادي بيتا ممنوعًا بموجب قانون حفظ الطاقة. يحدث هذا للعناصر ذات العدد الذري الزوجي وعدد النيوترونات الزوجي ، والتي تكون أكثر استقرارًا بسبب اقتران اللف المغزلي . عندما يحدث التحلل الأحادي بيتا أو التحلل ألفا أيضًا، يكون معدل التحلل المزدوج بيتا منخفضًا جدًا بحيث لا يمكن رصده. ومع ذلك، فإن التحلل المزدوج بيتا للنظير 238تم قياس اليورانيوم (وهو أيضًا باعث لجسيمات ألفا) كيميائيًا إشعاعيًا. وهناك نواتان أخريان لوحظ فيهما اضمحلال بيتا مزدوج، 48Ca و 96يمكن نظريًا أن يخضع الزركونيوم (Zr ) أيضًا لتحلل بيتا أحادي، لكن هذا التحلل مُثبَّط بشدة: لم يُرصد مطلقًا للكالسيوم -48 (48Ca)، وبينما رُصد للزركونيوم -96 (96Zr)، فإن عمر النصف له أطول بعشر مرات تقريبًا من عمر النصف لتحلل بيتا المزدوج لهذا النظير. [ 10 ] ويحدث تثبيط مماثل لتحلل بيتا الأحادي، الذي يكاد يكون مستحيلاً من الناحية الطاقية، للغادولينيوم -148 (148Gd) والرادون -222 (222Rn [ 11 ] لكن كلا هذين النظيرين باعثان لجسيمات ألفا قصيري العمر نسبيًا.

رُصدت تجريبياً أربعة عشر نظيراً تخضع لتحلل بيتا المزدوج ثنائي النيوترينو (β β ) أو لالتقاط إلكتروني مزدوج (εε). [ 12 ] يحتوي الجدول أدناه على هذه النوى مع أحدث أعمار النصف المقاسة تجريبياً لها. عند تحديد نوعين من عدم اليقين، يكون الأول هو عدم اليقين الإحصائي والثاني هو عدم اليقين المنهجي.

نوكليودنصف العمر، 10-21 سنةوضعانتقالطريقةتجربة
48كاليفورنيا0.064 +0.007 0.006 ± +0.012 0.009β β مباشرNEMO-3 [ 13 ]
76جي1.926 ± 0.094β β مباشرجيردا [ 12 ]
78كر9.2 +5.5 2.6 ± 1.3εεمباشرباكسان [ 12 ]
82سي0.096 ± 0.003 ± 0.010β β مباشرNEMO-3 [ 12 ]
96زركونيوم0.0235 ± 0.0014 ± 0.0016β β مباشرNEMO-3 [ 12 ]
100شهر0.00693 ± 0.00004β β مباشرNEMO-3 [ 12 ]
0.69 +0.10 0.08 ± 0.07β β 0 + → 0 + 1تزامن جي [ 12 ]
116قرص مضغوط0.028 ± 0.001 ± 0.003 0.026 +0.009 0.005β β مباشرنيمو-3 [ 12 ] إليجانت IV [ 12 ]
128تي7200 ± 400 1800 ± 700β β الجيوكيميائية[ 12 ]
130تي0.932 +0.005 0.004 ± 0.007β β مباشرCUORE [ 14 ]
124زين11 ± 2 ± 1εεمباشرXENON1T [ 15 ]
136زين2.165 ± 0.016 ± 0.059β β مباشرEXO-200 [ 12 ]
130با(0.5 – 2.7)εεالجيوكيميائية[ 16 ] [ 17 ]
150اختصار الثاني0.00911 +0.00025 0.00022 ± 0.00063β β مباشرNEMO-3 [ 12 ]
0.107 + 0.046 - 0.026β β 0 + → 0 + 1تزامن جي [ 12 ]
238يو2.0 ± 0.6β β المواد الكيميائية المشعة[ 12 ]

لا تزال عمليات البحث جارية عن تحلل بيتا المزدوج في النظائر التي تمثل تحديات تجريبية أكبر بكثير. أحد هذه النظائر هو 134Xe . [ 18 ]

النظائر المعروفة التالية المستقرة بيتا (أو شبه المستقرة بيتا في حالات 48Ca و 96 Zr و 222 Rn [ 11 ] ) [ 19 ] ذات A ≤ 260 قادرة نظريًا على الاضمحلال بيتا المزدوج، حيث يمثل اللون الأحمر النظائر التي تم قياس معدل اضمحلال بيتا المزدوج لها تجريبيًا، بينما يمثل اللون الأسود النظائر التي لم يتم قياس معدل اضمحلال بيتا المزدوج لها تجريبيًا بعد : 46Ca ، 48Ca ، 70Zn ، 76Ge ، 80Se ، 82Se ، 86Kr ، 94Zr ، 96Zr ، 98Mo ، 100Mo ، 104Ru ، 110Pd ، 114Cd ، 116Cd ، 122Sn ، 124Sn ، 128Te ، 130Te ، 134Xe ، 136Xe ، 142Ce . 146 Nd، 148 Nd، 150 Nd ، 154 Sm، 160 Gd، 170 Er، 176 Yb، 186192 Os، 198 Pt، 204 Hg، 216 Po، 220 Rn، 222 Rn، 226 Ra، 232 Th، 238 U ، 244 Pu، 248 Cm، 254 Cf، 256 Cf، و 260 Fm. [ 9 ]

النظائر المعروفة التالية المستقرة بيتا (أو شبه المستقرة بيتا في حالة 148 Gd) ذات A ≤ 260 قادرة نظريًا على التقاط إلكترونين، حيث يمثل اللون الأحمر النظائر التي تم قياس معدل التقاط إلكترونين لها، بينما يمثل اللون الأسود النظائر التي لم يتم قياسها تجريبيًا بعد: 36 Ar، 40 Ca، 50 Cr، 54 Fe، 58 Ni، 64 Zn، 74 Se، 78 Kr ، 84 Sr، 92 Mo، 96 Ru، 102 Pd، 106 Cd، 108 Cd، 112 Sn، 120 Te، 124 Xe ، 126 Xe، 130 Ba ، 132 Ba، 136 Ce، 138 Ce، 144 Sm، 148 Gd، 150 Gd، 152 Gd، 154 Dy. 156 Dy، 158 Dy، 162 Er، 164 Er، 168 Yb، 174 Hf، 180184 Os، 190 Pt، 196 Hg، 212 Rn، 214 Rn، 218 Ra، 224 Th، 230236 Pu، 242 سم، 252 FM، و 258 رقم [ 9 ]

وعلى وجه الخصوص، يعتبر 36Ar أخف نظير مستقر رصديًا والذي يكون تحلله ممكنًا من الناحية الطاقية .

اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو

مخطط فاينمان لتحلل بيتا المزدوج عديم النيوترينو، حيث يتحلل نيوترونان إلى بروتونين. الناتج الوحيد المنبعث في هذه العملية هو إلكترونان، وهو ما يمكن أن يحدث إذا كان النيوترينو والنيوترينو المضاد هما نفس الجسيم (أي نيوترينوات ماجورانا)، وبالتالي يمكن أن ينبعث نفس النيوترينو ويُمتص داخل النواة. في تحلل بيتا المزدوج التقليدي، ينبعث نيوترينوان مضادان - أحدهما من كل رأس W - من النواة، بالإضافة إلى الإلكترونين. لذا، يُعدّ الكشف عن تحلل بيتا المزدوج عديم النيوترينو اختبارًا دقيقًا لتحديد ما إذا كانت النيوترينوات جسيمات ماجورانا.

إذا كان النيوترينو جسيم ماجورانا (أي أن النيوترينو المضاد والنيوترينو هما في الواقع نفس الجسيم)، وكان لأحد أنواع النيوترينو على الأقل كتلة غير صفرية (وهو ما تم إثباته من خلال تجارب تذبذب النيوترينو )، فمن الممكن حدوث تحلل بيتا مزدوج بدون نيوترينو. يُعد تحلل بيتا المزدوج بدون نيوترينو عمليةً تنتهك عدد الليبتونات . في أبسط معالجة نظرية، والمعروفة باسم تبادل النيوترينو الخفيف، يمتص نيوكليون النيوترينو المنبعث من نيوكليون آخر. النيوترينوات المتبادلة هي جسيمات افتراضية .

بوجود إلكترونين فقط في الحالة النهائية، فإن الطاقة الحركية الكلية للإلكترونات تُقارب فرق طاقة الربط بين النواتين الابتدائية والنهائية، مع تأثير ارتداد النواة على الطاقة المتبقية. وبسبب قانون حفظ الزخم ، تنبعث الإلكترونات عادةً بشكل متتابع. ويُعطى معدل اضمحلال هذه العملية بالمعادلة التالية:Γ=جي|م|2|مββ|2،{\displaystyle \Gamma =G|M|^{2}|m_{\beta \beta }|^{2},} حيث G هو عامل فضاء الطور ثنائي الجسم، و M هو عنصر المصفوفة النووية، و mββ هي كتلة ماجورانا الفعالة لنيوترينو الإلكترون. في سياق تبادل نيوترينو ماجورانا الخفيف، تُعطى mββ بالعلاقة التالية :

مββ=أنا=13مأنايوهـأنا2،{\displaystyle m_{\beta \beta }=\sum _{i=1}^{3}m_{i}U_{ei}^{2},}

حيث تمثل m <sub>i </sub> كتل النيوترينو ، و U <sub> ei </sub> عناصر مصفوفة بونتيكورفو-ماكي-ناكاجاوا-ساكاتا (PMNS) . لذا، فإن رصد اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو، بالإضافة إلى تأكيد طبيعة نيوترينو ماجورانا، يُمكن أن يُوفر معلومات حول مقياس كتلة النيوترينو المطلق وأطوار ماجورانا في مصفوفة PMNS، والتي تخضع للتفسير من خلال النماذج النظرية للنواة، والتي تُحدد عناصر المصفوفة النووية، ونماذج الاضمحلال. [ 20 ] [ 21 ]

إن رصد اضمحلال بيتا المزدوج بدون نيوترينو يتطلب أن يكون أحد النيوترينوات على الأقل جسيم ماجورانا ، بغض النظر عما إذا كانت العملية ناتجة عن تبادل النيوترينوات. [ 22 ]

التجارب

أُجريت تجارب عديدة للبحث عن اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو. وتتميز أفضل التجارب أداءً بكتلة عالية للنظير المتحلل ومستويات منخفضة من التشويش الخلفي، مع قدرة بعضها على التمييز بين الجسيمات وتتبع الإلكترونات. وللحد من التشويش الخلفي الناتج عن الأشعة الكونية، تُجرى معظم التجارب في مختبرات تحت الأرض حول العالم.

تشمل التجارب الحديثة والمقترحة ما يلي:

  • التجارب المكتملة:
    • ملعب جوتهارد تي بي سي
    • هايدلبرغ-موسكو، 76 كاشفًا من الجرمانيوم (1997-2001)
    • IGEX، 76 كاشف Ge (1999-2002) [ 23 ]
    • نيمو ، نظائر مختلفة باستخدام مسعرات التتبع (2003-2011)
    • كووريسينو ، 130 تي إي في بلورات تيو 2 شديدة البرودة (2003-2008) [ 24 ]
  • التجارب التي تم جمع البيانات منها حتى نوفمبر 2017:
    • AMoRE، بلورات CaMoO 4 المخصبة بـ 100 Mo في مختبر YangYang تحت الأرض [ 25 ] [ 26 ]
    • كوبرا ، 116 Cd في بلورات CdZnTe في درجة حرارة الغرفة
    • CUORE ، 130 Te في بلورات TeO 2 شديدة البرودة
    • EXO ، بحث 136 Xe و 134 Xe
    • جيردا ، كاشف 76 جي
    • KamLAND-Zen ، بحث عن الزينون 136. جمع البيانات من عام 2011. [ 24 ]
    • ماجورانا ، باستخدامكاشفات التلامس النقطي من النوع p المصنوعة من الجرمانيوم 76 عالي النقاء. [ 27 ]
    • عيد الميلاد باستخدام الزينون السائل
  • التجارب المقترحة/المستقبلية:
    • كيوبيد، اضمحلال بيتا مزدوج عديم النيوترينو لـ 100 مو
    • الشموع، 48 Ca في CaF في مرصد كاميوكا
    • شركة MOON، تعمل على تطوير كاشفات من عيار 100 مو
    • nEXO، باستخدام 136 زينون سائل في غرفة إسقاط زمني [ 28 ]
    • الأسطورة: اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو لـ 76 Ge.
    • مشروع LUMINEU، لاستكشاف بلورات ZnMoO 4 المخصبة بـ 100 مول في مختبر LSM، فرنسا.
    • NEXT، وهو جهاز زينون TPC. تم تشغيل NEXT-DEMO وسيتم تشغيل NEXT-100 في عام 2016.
    • سيدرس SNO+ ، وهو مادة وميضية سائلة، 130 تيرا.
    • سيقوم مشروع SuperNEMO ، وهو نسخة مطورة من مشروع NEMO، بدراسة 82 Se
    • TIN.TIN، كاشف 124 Sn في INO
    • باندا إكس -3، تجربة باستخدام 200  كجم إلى 1000  كجم من الزينون 136 المخصب بنسبة 90٪
    • DUNE ، وهو عبارة عن غرفة إسقاط زمنية مملوءة بغاز الأرجون السائل المشوب بنظير الزينون 136 .
    • سيقوم NuDoubt ++ [ 29 ] بدراسة اضمحلالات بيتا المزدوجة بالإضافة إلى 78 Kr في كاشف وميض سائل هجين معتم مضغوط [ 30 ].

حالة

في حين زعمت بعض التجارب اكتشاف اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو، إلا أن عمليات البحث الحديثة لم تجد أي دليل على هذا الاضمحلال.

جدل هايدلبرغ-موسكو

ادعى بعض أعضاء فريق هايدلبرغ-موسكو التعاوني رصد اضمحلال بيتا عديم النيوترينو في الجرمانيوم -76 عام 2001. [ 31 ] وقد انتقد هذا الادعاء فيزيائيون من خارج الفريق [ 1 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] ، بالإضافة إلى أعضاء آخرين في الفريق. [ 35 ] وفي عام 2006، أشار تقدير مُحسَّن من قِبل المؤلفين أنفسهم إلى أن نصف العمر يبلغ 2.3 × 1025  عامًا. [ 36 ] تم استبعاد نصف العمر هذا بدرجة عالية من الثقة من خلال تجارب أخرى، بما في ذلك في 76 Ge بواسطة GERDA . [ 37 ]

النتائج الحالية

اعتبارًا من عام 2017، جاءت أقوى الحدود على اضمحلال بيتا المزدوج بدون نيوترينو من GERDA في 76 Ge، وCUORE في 130 Te، وEXO-200 وKamLAND-Zen في 136 Xe.

اضمحلال بيتا المتزامن من الرتبة الأعلى

بالنسبة للأعداد الكتلية التي تحتوي على أكثر من نظيرين مستقرين لجسيمات بيتا، اقتُرح تحلل بيتا الرباعي وعكسه، أي أسر الإلكترون الرباعي، كبديلين لتحلل بيتا المزدوج في النظائر ذات فائض الطاقة الأكبر. هذه التحللات ممكنة طاقيًا في ثماني نوى، على الرغم من أن أعمار النصف الجزئية مقارنةً بتحلل بيتا الأحادي أو المزدوج يُتوقع أن تكون طويلة جدًا؛ لذا، من غير المرجح رصد تحلل بيتا الرباعي. تشمل النوى السبع المرشحة لتحلل بيتا الرباعي: الزركونيوم -96 ، والزينون -136 ، والنيوديميوم -150 القادرة على تحلل بيتا الرباعي السالب، والزينون -124 ، والباريوم -130 ، والغادولينيوم -148 ، والديسبروزيوم -154 القادرة على تحلل بيتا الرباعي الموجب أو أسر الإلكترون (مع العلم أن الغادولينيوم -148 والديسبروزيوم -154 ليسا من نظائر انبعاث جسيمات ألفا البدائية ذات أعمار نصف قصيرة جيولوجيًا). نظرياً، يمكن رصد اضمحلال بيتا الرباعي تجريبياً في ثلاث من هذه النوى – 96Zr و 136 Xe و 150 Nd – مع كون 150Nd المرشح الأكثر ترجيحاً . كما أن اضمحلال بيتا الثلاثي السالب ممكن أيضاً بالنسبة لـ 48Ca و 96 Zr و 150 Nd؛ [ 38 ] كما أن اضمحلال بيتا الثلاثي الموجب أو أسر الإلكترون ممكن أيضاً بالنسبة لـ 148Gd و 154 Dy.

علاوة على ذلك، قد يكون نمط الاضمحلال هذا عديم النيوترينو في الفيزياء التي تتجاوز النموذج القياسي. [ 39 ] سيؤدي اضمحلال بيتا الرباعي عديم النيوترينو إلى انتهاك عدد الليبتونات بمقدار 4 وحدات، على عكس انتهاك عدد الليبتونات بمقدار وحدتين في حالة اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو. لذلك، لا توجد "نظرية الصندوق الأسود"، ويمكن أن تكون النيوترينوات جسيمات ديراك مع السماح بهذا النوع من العمليات. على وجه الخصوص، إذا تم اكتشاف اضمحلال بيتا الرباعي عديم النيوترينو قبل اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو، فمن المتوقع أن تكون النيوترينوات جسيمات ديراك. [ 40 ]

اعتبارًا من عام 2019لم تنجح عمليات البحث عن اضمحلال بيتا الثلاثي والرباعي في النيوديميوم -150 . [ 38 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 جولياني، أ.؛ بوفيس، أ. (2012). "تحلل بيتا المزدوج عديم النيوترينو" (ملف PDF) . التقدم في فيزياء الطاقة العالية . 2012 : 1-38 . doi : 10.1155/2012/857016 .
  2. غوبيرت-ماير، م. (1935). "التفكك المزدوج بيتا". مجلة Physical Review . 48 (6): 512–516 . Bibcode : 1935PhRv...48..512G . doi : 10.1103/PhysRev.48.512 .
  3. ^ ماجورانا، إي. (1937). "Teoria simmetrica dell'elettron e del positron". إيل نوفو سيمينتو (باللغة الإيطالية). 14 (4): 171– 184. بيب كود : 1937NCim...14..171M . دوى : 10.1007/BF02961314 . S2CID 18973190 . 
  4. فوري، دبليو إتش (1939). "حول احتمالات الانتقال في التفكك المزدوج لجسيمات بيتا". مجلة المراجعة الفيزيائية . 56 (12): 1184-1193 . رمز Bibcode : 1939PhRv...56.1184F . doi : 10.1103/PhysRev.56.1184 .
  5. باراباش ، أ.س. ( 2011 ). "تجربة اضمحلال بيتا المزدوج: مراجعة تاريخية لـ 75 عامًا من البحث". فيزياء النوى الذرية . 74 ( 4 ): 603-613 . arXiv : 1104.2714 . Bibcode : 2011PAN ....74..603B . doi : 10.1134/S1063778811030070 . S2CID 118716672 .  
  6. فايرمان، إي. (1948). "التحلل بيتا المزدوج". مجلة المراجعة الفيزيائية . 74 (9): 1201-1253 . رمز Bibcode : 1948PhRv...74.1201. doi : 10.1103 /PhysRev.74.1201 .
  7. إنجرام، إم جي؛ رينولدز، جيه إتش (1950). "التحلل المزدوج لجسيم بيتا لـ 130 تيرا". مجلة Physical Review . 78 (6): 822-823 . Bibcode : 1950PhRv...78..822I . doi : 10.1103/PhysRev.78.822.2 .
  8. إليوت، إس آر؛ هان، إيه إيه؛ مو؛ إم كيه (1987). "دليل مباشر على اضمحلال بيتا المزدوج لنيوترينوين في 82Se ". رسائل المراجعة الفيزيائية . 59 (18): 2020-2023 . Bibcode : 1987PhRvL..59.2020E . doi : 10.1103/PhysRevLett.59.2020 . PMID 10035397 . 
  9. 1 2 3 تريتياك، في. آي.؛ زديسينكو، يو. جي. (2002). "جداول بيانات اضمحلال بيتا المزدوج - تحديث". جداول البيانات الذرية والنووية . 80 (1): 83-116 . Bibcode : 2002ADNDT..80...83T . doi : 10.1006/adnd.2001.0873 .
  10. ^ باراباش، ع. إيفسيف، س. فيلوسوفوف، د.؛ جافريليوك، يو. م. جانجابشيف، صباحا؛ جورشكوف، ن.؛ كازالوف، ف.ف. كازارتسيف، س. خوسينوف، ت.؛ كوزمينوف، ف.ف. لوباشيفسكي، أ.؛ بونوماريف، DV. روزوف، س. تيميربولاتوفا، ن.؛ فاسيليف، س. ياكوشيف، EA؛ يوماتوف، السادس (19 مايو 2026). “الملاحظة الأولى لاضمحلال بيتا الفردي البالغ 96 Zr”. أرخايف : 2605.18344 [ nucl-ex ].
  11. 1 2 بيلي، ب. بيرنابي، ر.؛ كابيلا، C .؛ كاراتشولو، V.؛ سيرولي، ر. دانيفيتش، FA؛ دي ماركو، أ؛ إنسيكيتي، أ.؛ بودا، DV. بوليشوك، أوج؛ تريتياك، السادس (2014). “التحقيق في الاضمحلال النووي النادر باستخدام وميض بلوري BaF 2 ملوث بالراديوم”. المجلة الفيزيائية الأوروبية أ . 50 (9): 134– 143. أرخايف : 1407.5844 . بيب كود : 2014EPJA...50..134B . دوى : 10.1140/epja/i2014-14134-6 . S2CID 118513731 . 
  12. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 باترينياني، سي.؛ وآخرون ( مجموعة بيانات الجسيمات ) (2016). "مراجعة فيزياء الجسيمات" (ملف PDF) . الفيزياء الصينية ج . 40 (10) 100001. Bibcode : 2016ChPhC..40j0001P . doi : 10.1088/1674-1137/40/10/100001 . hdl : 11384/66239 . S2CID 125766528 .  انظر الصفحة 768
  13. أرنولد، ر.؛ وآخرون ( مجموعة NEMO-3 ) (2016). "قياس عمر النصف لتحلل بيتا المزدوج والبحث عن تحلل بيتا المزدوج عديم النيوترينو للكالسيوم -48 باستخدام كاشف NEMO-3". مجلة Physical Review D. 93 ( 11) 112008. arXiv : 1604.01710 . Bibcode : 2016PhRvD..93k2008A . doi : 10.1103/PhysRevD.93.112008 . S2CID 55485404 .  
  14. تشاو، ك.؛ وآخرون (التعاون بين CUORE وCUPID) (28 يناير 2026). "أحدث نتائج CUORE وآفاق CUPID" . مجلة الأجهزة . 21. arXiv : 2511.07673 . doi : 10.1088/1748-0221/21/01/C01049 . تاريخ الاسترجاع: 9 مارس 2026 . 
  15. أبريل، إي.؛ آبي، ك.؛ أغوستيني، ف.؛ وآخرون . (26 أغسطس 2022). "التحلل المزدوج الضعيف لـ Xe 124 و Xe 136 في تجربتي XENON1T و XENONnT". مجلة Physical Review C. 106 ( 2) 024328. arXiv : 2205.04158 . doi : 10.1103/PhysRevC.106.024328 . 
  16. أ.ب. ميشيك؛ س.م. هوهنبرغ؛ أ.ف. برافديفتسيفا؛ يا.س. كابوستا (2001). "التحلل الضعيف للباريوم -130 والباريوم -132 : قياسات جيولوجية كيميائية" . مجلة Physical Review C. 64 ( 3): 035205 [6 صفحات]. Bibcode : 2001PhRvC..64c5205M . doi : 10.1103/PhysRevC.64.035205 .
  17. م. بوجول؛ ب. مارتي؛ ب. بورنارد؛ ب. فيليبوت (2009). "الزينون في الباريت الأركي: اضمحلال ضعيف لنظير الباريوم -130 ، والتجزئة النظائرية المعتمدة على الكتلة، ودلالتها على تكوين الباريت". مجلة جيوكيميكا إت كوزموكيميكا أكتا . 73 (22): 6834-6846 . رمز Bibcode : 2009GeCoA..73.6834P . doi : 10.1016/j.gca.2009.08.002 .
  18. ألبرت، جيه بي؛ وآخرون (مجموعة EXO-200) (3 نوفمبر 2017). "البحث عن اضمحلال بيتا المزدوج لنظير الزينون -134 باستخدام EXO-200". مجلة Physical Review D. 96 ( 9) 092001. arXiv : 1704.05042 . Bibcode : 2017PhRvD..96i2001A . doi : 10.1103/PhysRevD.96.092001 . S2CID 28537166 .  
  19. ^ بيلي، ب. بيرنابي، ر.؛ دانيفيتش، FA؛ إنسيكيتي، أ.؛ تريتياك، السادس (2019). “عمليات بحث تجريبية عن اضمحلال ألفا وبيتا النادرة”. المجلة الفيزيائية الأوروبية أ . 55 (8): 140–1–140–7. أرخايف : 1908.11458 . بيب كود : 2019EPJA...55..140B . دوى : 10.1140/epja/i2019-12823-2 . ISSN 1434-601X . S2CID 201664098 .  
  20. غروتز، ك.؛ كلابدور، هـ. ف. (1990). التفاعل الضعيف في الفيزياء النووية والجسيمية والفلكية . مطبعة سي آر سي . رقم ISBN 978-0-85274-313-3.
  21. ^ كلابدور كلينجروثاوس، HV؛ ستودت، أ. (1998). فيزياء الجسيمات غير المتسارعة (PDF) (طبعة جديدة ). IOP للنشر . رقم ISBN  978-0-7503-0305-7أُرشف من النسخة الأصلية (PDF) بتاريخ 2017-02-02 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2016-10-16 .
  22. شيشتر، ج.؛ فالي، ج . و. ف. (1982). "اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو في نظريات SU(2)×U(1)". مجلة Physical Review D. 25 ( 11): 2951–2954 . Bibcode : 1982PhRvD..25.2951S . doi : 10.1103/PhysRevD.25.2951 . hdl : 10550/47205 .
  23. آلسيث، سي إي؛ وآخرون (2000). "النتائج الحديثة لتجربة تحلل بيتا المزدوج لنظير الجرمانيوم -76 في مرصد IGEX ". فيزياء النوى الذرية . 63 (7): 1225-1228 . رمز Bibcode : 2000PAN....63.1225A . doi : 10.1134/1.855774 . S2CID 123335600 .  
  24. 1 2 شوينجنهاوير، ب. (2013). “حالة وآفاق البحث عن اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو”. أنالين دير فيزيك . 525 (4): 269– 280. أرخايف : 1210.7432 . بيب كود : 2013AnP...525..269S . سيتيسيركس 10.1.1.760.5635 . دوى : 10.1002/andp.201200222 . S2CID 117129820 .  
  25. خانبيكوف، ن.د. (2013). " AMoRE : تعاون للبحث عن الاضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو لنظير 100Mo باستخدام 40Ca 100MoO 4 ككاشف وميضي مبرد". فيزياء النوى الذرية . 76 (9): 1086-1089 . Bibcode : 2013PAN....76.1086K . doi : 10.1134 /S1063778813090093 . S2CID 123287005 . 
  26. ف. ألينكوف وآخرون (24 سبتمبر 2019). "النتائج الأولية من تجربة AMoRE-Pilot لتحلل بيتا المزدوج عديم النيوترينو" . المجلة الأوروبية للفيزياء C. 79 ( 9). 791. arXiv : 1903.09483 . Bibcode : 2019EPJC...79..791A . doi : 10.1140/epjc/s10052-019-7279-1 . 
  27. شو، و.؛ وآخرون (2015). "مُظهِر ماجورانا: بحث عن اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو لنظير الجرمانيوم-76". مجلة الفيزياء: سلسلة المؤتمرات . 606 (1) 012004. arXiv : 1501.03089 . Bibcode : 2015JPhCS.606a2004X . doi : 10.1088/1742-6596/606/1/012004 . S2CID 119301804 .  
  28. ألبرت، جيه بي؛ وآخرون (مجموعة nEXO التعاونية) (2018). "حساسية وإمكانات اكتشاف nEXO لتحلل بيتا المزدوج عديم النيوترينو". مجلة Physical Review C. 97 ( 6) 065503. arXiv : 1710.05075 . Bibcode : 2018PhRvC..97f5503A . doi : 10.1103/PhysRevC.97.065503 . S2CID 67854591 .  
  29. ↑ " تجربة NuDoubt ++ " . NuDoubt ++ . 1 أغسطس 2024. تم الاطلاع عليه في 1 أكتوبر 2024 .
  30. بوهليس، م.؛ وآخرون ( مجموعة NuDoubt ++ ) (2025). "دمج تقنيات الوميض الهجينة والمعتمة في البحث عن اضمحلالات بيتا المزدوجة" . المجلة الأوروبية للفيزياء ج . 85 (2) 121. arXiv : 2407.05999 . doi : 10.1140/epjc/s10052-025-13847-1 . 
  31. كلابدور-كلاينغروتهاوس، إتش في؛ ديتز، أ؛ هارني، إتش إل؛ كريفو شينا، آي في (2001). "دليل على اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو". رسائل الفيزياء الحديثة أ . 16 (37): 2409-2420 . arXiv : hep-ph/0201231 . Bibcode : 2001MPLA...16.2409K . doi : 10.1142/S0217732301005825 . S2CID 18771906 . 
  32. فيروغليو، ف.؛ ستروميا، أ.؛ فيساني، ف. (2002). "تذبذبات النيوترينو وإشاراته في تجارب بيتا و0nu2beta". الفيزياء النووية . 637 (1): 345-377 . arXiv : hep-ph/0201291 . Bibcode : 2002NuPhB.637..345F . doi : 10.1016/S0550-3213(02)00345-0 . S2CID 15814788 . 
  33. آلسيث، سي إي؛ وآخرون (2002). "تعليق على "أدلة على اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو" «. Modern Physics Letters A. 17 ( 22): 1475–1478 . arXiv : hep-ex/0202018 . Bibcode : 2002MPLA...17.1475A . doi : 10.1142/S0217732302007715 . S2CID 27406915. » 
  34. زدسينكو، واي جي؛ دانيفيتش، إف إيه؛ تريتياك، في آي (2002). "هل تم رصد اضمحلال بيتا المزدوج عديم النيوترينو لنظير الجرمانيوم-76 بالفعل؟" . رسائل الفيزياء ب . 546 ( 3-4 ): 206. رمز Bibcode : 2002PhLB..546..206Z . doi : 10.1016/S0370-2693(02)02705-3 .
  35. باكالياروف، أ.م.؛ باليش، أ.ي.؛ بيليايف، س.ت.؛ ليبيديف، ف.إ.؛ جوكوف، س.ف. (2005). "نتائج تجربة دراسة الاضمحلال بيتا المزدوج للجرمانيوم-76". رسائل فيزياء الجسيمات والنوى . 2 (2005): 77-81 . arXiv : hep-ex/0309016 . Bibcode : 2003hep.ex....9016B .
  36. كلابدور-كلاينغروتهاوس، هـ. ف.؛ كريفو شينا، إ. ف. (2006). "دليل رصد اضمحلال 0νββ: تحديد أحداث 0νββ من الأطياف الكاملة". رسائل الفيزياء الحديثة أ . 21 (20): 1547. رمز Bibcode : 2006MPLA...21.1547K . doi : 10.1142/S0217732306020937 .
  37. ^ أغوستيني، م. وآخرون . ( تعاون جيردا ) (2017). “بحث خالٍ من الخلفية عن الاضمحلال المزدوج للنيوترينولز لـ 76 Ge مع GERDA”. طبيعة . 544 (7648): 47–52 . أرخايف : 1703.00570 . بيب كود : 2017Natur.544...47A . دوى : 10.1038 / طبيعة 21717 . بميد 28382980 . S2CID 4456764 .   
  38. باراباش ، أ.س .؛ هوبرت، ف.؛ نشاب، أ.؛ أوماتوف، ف.إ. (2019). "البحث عن اضمحلال بيتا الثلاثي والرباعي لـ Nd150". مجلة Physical Review C. 100 ( 4) 045502. arXiv : 1906.07180 . doi : 10.1103/PhysRevC.100.045502 . S2CID 189999159 . 
  39. هيك، ج.؛ روديوهان، و. (2013). "اضمحلال بيتا الرباعي عديم النيوترينو". رسائل الفيزياء الأوروبية . 103 (3) 32001. arXiv : 1306.0580 . Bibcode : 2013EL....10332001H . doi : 10.1209/0295-5075/103/32001 . S2CID 118632700 . 
  40. هيرش، م.؛ سريفاستافا، ر.؛ فالي، ج. و. ف. (2018). "هل يمكن إثبات أن النيوترينوات جسيمات ديراك؟" . رسائل الفيزياء ب . 781 : 302-305 . arXiv : 1711.06181 . Bibcode : 2018PhLB..781..302H . doi : 10.1016/j.physletb.2018.03.073 .