Dvojitý elektronický grip

Dvojitý záchyt elektronů (2 ε - záchyt, εε - záchyt, ECEC-rozpad) je jedním z typů dvojitého beta rozpadu atomových jader , při kterém jádro zachycuje dva elektrony z atomového elektronového obalu. Pokud je specifikován elektronový obal ( K , L , M atd.), ze kterého jsou elektrony zachycovány, pak se hovoří o dvojitém K -záchytu atd. Teoretické předpovědi naznačují vyšší, za jinak stejných okolností, pravděpodobnost 2 K - zachytit než zachytit z vyšších skořápek; je také možné zachytit dva elektrony z různých elektronových obalů, například K a L. _

Charakteristika rozpadu

Existují dva režimy dvojitého záchytu elektronů, dva-neutrina a jeden bez neutrin. V případě rozpadu dvou neutrin, který umožňují známé zákony zachování, jádro zachycuje dva orbitální elektrony a emituje dvě elektronová neutrina . V tomto případě se náboj jádra sníží o dvě jednotky (dva protony se změní na dva neutrony ). Dojde-li k rozpadu na základní stav dceřiného jádra, pak téměř veškerá energie uvolněná při rozpadu (rovnající se až faktoru c 2 rozdílu hmotností mateřského a dceřiného atomu ) je odnesena neutrina, s výjimkou části energie vynaložené na vytváření volných míst v elektronovém obalu.

V případě hypotetického bezneutrinového 2 ε -záchytu, který je zakázán Standardním modelem a mění leptonové číslo o dvě jednotky, je hlavní část uvolněné energie odnášena gama kvantem vnitřního brzdného záření nebo vnitřním konverzním elektronem. . Při záchytu s přechodem jádra nikoli na zem, ale na excitovanou úroveň by měla být také pozorována kaskáda gama kvant / konverzních elektronů doprovázející přechod dceřiného excitovaného jádra do základního stavu. Pro existenci bezneutrinového záchytu 2 ε (stejně jako pro bezneutrinové módy všech ostatních typů dvojitého beta rozpadu) je nutné, aby elektronové neutrino bylo smícháno s elektronovým antineutrinem tím či oním mechanismem, nebo jako ekvivalentní tvrzení , že Majorana hmotnost elektronového neutrina (parametr, upřesňující množství tohoto míchání) byla nenulová. Hlavním mechanismem bezneutrinového 2ε-záchytu uvažovaným v literatuře je výměna masivního Majorana neutrina, nicméně byla navržena i řada dalších mechanismů - pravotočivé proudy ve slabé interakci (to vyžaduje přítomnost hypotetického supermasivu W -boson , který zajišťuje slabou interakci pravotočivých proudů), supersymetrie s porušením R- parity , výměna leptokvarků atd. Hledání bezneutrinového 2ε-záchytu tedy umožňuje získat omezení parametrů řady teorie, které zavádějí „novou fyziku“ nad rámec standardního modelu.

Přechody 2ε jsou podle teorie rezonančně zesíleny, pokud je hmotnost mateřského atomu dostatečně blízká hmotnosti dceřiného atomu s jádrem v základním nebo excitovaném stavu a dvěma elektronovými vakancemi v obalu. Několik izotopů (například gadolinium-152 v případě záchytu KL I ) tuto podmínku přibližně splňuje. Řada experimentálních prací je věnována hledání rezonančních přechodů a přesnému měření hmotnostního rozdílu atomů zapojených do záchytu 2ε pomocí Penningových pastí .

Ve všech režimech záchytu dvojitých elektronů se na spodních elektronových obalech atomu vytvoří dvě (a v případě emise konverzního elektronu tři) vakancie. Tato prázdná místa se rychle zaplní elektrony z vyšších skořápek a energie uvolněná během tohoto přechodu je unášena Augerovými elektrony a/nebo charakteristickými rentgenovými paprsky .

Pokud dostupná energie rozpadu (rozdíl mezi hmotnostmi mateřského a dceřiného atomu) překročí dvojnásobek hmotnosti elektronu (2 m e c 2 ≈ 1022 keV) , pak může být rozpad dvojitého elektronu doprovázen konkurenčním dvojitým beta procesem. - záchyt elektronů s pozitronovou emisí. Pokud dostupná energie rozpadu překročí čtyřnásobek hmotnosti elektronu (4 m e c 2 ≈ 2044 keV) , aktivuje se další konkurenční rozpadový kanál - rozpad dvojitého pozitronu . Ze všech nuklidů, které existují v přírodě, má pouze šest dostupnou energii rozpadu vyšší než 2044 keV , a proto jsou povoleny všechny tři typy dvojitého beta rozpadu s poklesem jaderného náboje.

Experimentální pozorování

Na rozdíl od dvouneutrinového dvojitého beta rozpadu se zvýšením jaderného náboje, kde byl rozpad již spolehlivě identifikován pro více než 10 izotopů, neexistují žádná experimentální pozorování rozpadu dvojitých elektronů, které by komunita jednoznačně uznala, ani ve dvou -neutrino, natož v bezneutrinovém režimu. Existuje však řada náznaků pozorování záchytu dvojitých elektronů, které vyžadují nezávislé potvrzení [1] . Geochemická analýza starých vzorků barytu (BaSO 4 ) starých 170 milionů let ukazuje na rozpad izotopu barya-130 způsobený dvojitým záchytem elektronů

s poločasem T 1/2 = (2,2 ± 0,5)⋅10 21 let. [2] . V tomto případě se produkt rozpadu, xenon -130, hromadí ve vzorku. Přebytek xenonu-130 vzhledem k ostatním izotopům xenonu ukazuje na přítomnost procesu vedoucího k jeho vzniku. Přestože geochemická metoda neumožňuje rozlišit mezi režimem rozpadu se dvěma neutriny a režimem bezneutrin, předpokládá se, že pozorovaný přebytek xenonu-130 je způsoben povoleným rozpadem dvou neutrin. Tento výsledek je však v rozporu jak s dřívější prací [3] , která stanovila spodní hranici poločasu na 4⋅10 21 let, tak s pozdější prací [4] , ve které byl použit vzorek 3,5 Ga barytu a stanoveny tři krát kratší než v první práci [2] , poločas rozpadu 130 Ba: T 1/2 = (6,0 ± 1,1) × 10 20 let. Vzhledem k velkým nesrovnalostem ve výsledcích, které mohou být způsobeny nějakým nezodpovězeným procesem na pozadí, není existence dvojitého elektronového záchytu 130 Ba dosud považována za spolehlivě prokázanou.

V jiném experimentu [5] byl studován vzorek plynného kryptonu obohaceného kryptonem-78 v proporcionální komoře s nízkým pozadím umístěné na observatoři Baksan Neutrino v hloubce několika kilometrů pod zemí. Ve spektru detektoru byl nalezen pík akumulovaný za 8400 hodin , což lze interpretovat jako projev dvojitého záchytu dvou neutrin.

s poločasem T1 /2 = (9,2+5,5
−2,6(stat.) ± 1,3 (syst.)) × 10 21 let.

V roce 2019 byl objeven dvojitý elektronový záchyt xenonu-124 [6] s poločasem T 1/2 = (1,8 ± 0,5 (stat.) ± 0,1 (sys.)) × 10 22 let.

Poznámky

  1. ↑ Experimenty, které nalezly náznaky přítomnosti účinku, které byly později vyvráceny v citlivějších experimentech, zde nejsou brány v úvahu.
  2. ↑ 12 A. P. Meshik , C. M. Hohenberg, O. V. Pravdivtseva a Ya. S. Kapusta, Phys. Rev. C 64 (2001) 035205. doi : 10.1103/PhysRevC.64.035205
  3. ↑ AS Barabash, RR Saakyan. Experimentální limity pro procesy 2β + , Kβ + a 2K pro 130 Ba a pro záchyt 2K pro 132 Ba // Phys. Atom. Nucl. - 1996. - Sv. 59. - S. 179-184.
  4. ↑ M. Pujol, B. Marty, P. Burnard, P. Philippot. Xenon v archejském barytu: Slabý rozpad 130 Ba, hmotnostně závislá izotopová frakcionace a implikace pro tvorbu barytu // Geochimica et Cosmochimica Acta. - 2009. - Sv. 73. - S. 6834-6846. - doi : 10.1016/j.gca.2009.08.002 .
  5. ↑ Yu. M. Gavriljuk, AM Gangapšev, VV Kazalov, VV Kuzminov, SI Panasenko, SS Ratkevič. Indikace zachycení 2ν2K v 78 Kr // Physical Review C. - 2013. - Vol. 87. - P. 035501. - doi : 10.1103/PhysRevC.87.035501 .
  6. ↑ Aprile, E. a kol. Pozorování záchytu dvou neutrin v 124 Xe pomocí XENON1T  (anglicky)  // Nature  : journal. - 2019. - Sv. 568 . - str. 532-535 . - doi : 10.1038/s41586-019-1124-4 .