Введение
Тип радиоактивного распада
В ядерной физике двойной бета-распад — это тип радиоактивного распада, при котором два нейтрона одновременно превращаются в два протона или наоборот, внутри атомного ядра. Как и при одинарном бета-распадe, этот процесс позволяет атому приблизиться к оптимальному соотношению протонов и нейтронов. В результате этого преобразования ядро испускает две обнаруживаемые бета-частицы, которые являются электронами или позитронами. В литературе различают два типа двойного бета-распада: обычный двойной бета-распад и бета-распад без нейтрино. При обычном двойном бета-распадe, который наблюдался в нескольких изотопах, испускаются два электрона и два электронных антинейтрино из распадающегося ядра. При бета-распадe без нейтрино, гипотетическом процессе, который никогда не наблюдался, испускались бы только электроны.
Статус
В то время как некоторые эксперименты заявляли об обнаружении двойного бета-распада без нейтрино, современные поиски не выявили никаких свидетельств этого распада.
Спор между Гейдельбергом и Москвой
Некоторые участники коллаборации Гейдельберга и Москвы заявили об обнаружении бета-распада без нейтрино в 76Ge в 2001 году. Это заявление подверглось критике как со стороны внешних физиков, так и других участников коллаборации. В 2006 году те же авторы представили уточненную оценку, согласно которой период полураспада составляет 2,3 года. Однако другие эксперименты, включая эксперимент GERDA с 76Ge, с высокой степенью достоверности исключили возможность существования такого периода полураспада.
Текущие результаты
На 2017 год наиболее жесткие ограничения на безнейтринный двойной бета-распад были получены в экспериментах GERDA с 76Ge, CUORE с 130Te, EXO-200 и KamLAND-Zen с 136Xe.
Одновременный бета-распад высшего порядка
Для массовых чисел с более чем двумя стабильными бета-изобарами, четырехкратный бета-распад и его обратный процесс – четырехкратный захват электронов – были предложены как альтернатива двойному бета-распад в изобарах с наибольшим избытком энергии. Эти распадные процессы энергетически возможны в восьми ядрах, однако предсказывается, что их частичные периоды полураспада по сравнению с однократным или двойным бета-распадом будут очень велики; следовательно, четырехкратный бета-распад вряд ли удастся наблюдать. Семь ядер-кандидатов для четырехкратного бета-распада включают 96Zr, 136Xe и 150Nd, способные к четырехкратному бета-минусному распаду, и 124Xe, 130Ba, 148Gd и 154Dy, способные к четырехкратному бета-плюс-распаду или захвату электронов (хотя 148Gd и 154Dy являются непервичными альфа-излучателями с геологически коротким периодом полураспада). Теоретически, четырехкратный бета-распад может быть экспериментально наблюдаемым в трех из этих ядер – 96Zr, 136Xe и 150Nd – причем наиболее перспективным кандидатом является 150Nd. Тройной бета-распад также возможен для 48Ca, 96Zr и 150Nd. Нейтринонный четырехкратный бета-распад нарушит число лептонов на 4 единицы, в отличие от нарушения числа лептонов на две единицы в случае двойного бета-распада без нейтрино. Следовательно, не существует "теоремы о черном ящике", и нейтрино могут быть частицами Дирака, при этом такие процессы возможны. В частности, если нейтринонный четырехкратный бета-распад будет обнаружен до нейтринонного двойного бета-распада, то можно ожидать, что нейтрино являются частицами Дирака. На данный момент поиски тройного и четырехкратного бета-распада в 150Nd не увенчались успехом.