Нейтрино без двойного бета-распада: поиск нарушения лептонного числа.

Введение

Процесс ядерной физики, который еще не наблюдался.

Двойной бета-распад без нейтрино (0νββ) – широко предлагаемый и экспериментально исследуемый теоретический процесс радиоактивного распада, который докажет майорановскую природу нейтрино. Открытие двойного бета-распада без нейтрино может пролить свет на абсолютные массы нейтрино и на их иерархию масс (масса нейтрино). Это будет означать первый зарегистрированный сигнал нарушения закона сохранения общего лептонного числа. Майорановская природа нейтрино подтвердит, что нейтрино является собственной античастицей. В настоящее время проводится ряд экспериментов для поиска двойного бета-распада без нейтрино, а также предложено несколько будущих экспериментов с повышенной чувствительностью. Фурри утверждал, что вероятность перехода даже выше для двойного бета-распада без нейтрино. Итальянский физик Этторе Майорана впервые ввел понятие частицы, являющейся собственной античастицей. Эти ядра могут распадаться только путем испускания двух электронов (то есть посредством двойного бета-распада). Существует около дюжины подтвержденных случаев ядер, которые могут распадаться только посредством двойного бета-распада. Если природа нейтрино майорановская, то они могут испускаться и поглощаться в одном и том же процессе, не проявляясь в соответствующем конечном состоянии. Простейший процесс распада известен как обмен легкими нейтрино. Два образующихся электрона являются единственными частицами, испускаемыми в конечном состоянии, и должны нести приблизительно разность сумм энергий связи двух ядер до и после процесса в качестве своей кинетической энергии. Тяжелые ядра не несут значительной кинетической энергии. В этом случае скорость распада может быть рассчитана по формуле:
,
где обозначает коэффициент фазового пространства, – (квадратный) матричный элемент этого процесса ядерного распада (в соответствии с диаграммой Фейнмана), а – квадрат эффективной майорановской массы. Сам расчет опирается на сложные многочастичные ядерные теории, и существует несколько методов его выполнения. Матричный элемент (NME) также различается от ядра к ядру (то есть от химического элемента к химическому элементу). Сегодня расчет NME является сложной задачей, и различные авторы рассматривали ее по-разному. Один из вопросов заключается в том, следует ли рассматривать диапазон полученных значений для как теоретическую неопределенность и интерпретировать ли это как статистическую неопределенность. Существует 35 ядер, которые могут подвергаться двойному бета-распаду без нейтрино (в соответствии с вышеупомянутыми условиями распада).

Neutrinoless double beta decay (0νββ) is a commonly proposed and experimentally pursued theoretical radioactive decay process that would prove a Majorana nature of the neutrino particle. The discovery of neutrinoless double beta decay could shed light on the absolute neutrino masses and on their mass hierarchy (Neutrino mass). It would mean the first ever signal of the violation of total lepton number conservation. A Majorana nature of neutrinos would confirm that the neutrino is its own antiparticle. To search for neutrinoless double beta decay, there are currently a number of experiments underway, with several future experiments for increased sensitivity proposed as well. Furry stated the transition probability to even be higher for neutrinoless double beta decay. The Italian physicist Ettore Majorana first introduced the concept of a particle being its own antiparticle. These nuclei can only decay by emitting two electrons (that is, via double beta decay). There are about a dozen confirmed cases of nuclei that can only decay via double beta decay.]] If the nature of the neutrinos is Majorana, then they can be emitted and absorbed in the same process without showing up in the corresponding final state. The simplest decay process is known as the light neutrino exchange. The two resulting electrons are then the only emitted particles in the final state and must carry approximately the difference of the sums of the binding energies of the two nuclei before and after the process as their kinetic energy. The heavy nuclei do not carry significant kinetic energy. In that case, the decay rate can be calculated with
,
where denotes the phase space factor, the (squared) matrix element of this nuclear decay process (according to the Feynman diagram), and the square of the effective Majorana mass. The calculation itself relies on sophisticated nuclear many body theories and there exist different methods to do this. The NME differs also from nucleus to nucleus (i. e. chemical element to chemical element). Today, the calculation of the NME is a significant problem and it has been treated by different authors in different ways. One question is whether to treat the range of obtained values for as the theoretical uncertainty and whether this is then to be understood as a statistical uncertainty. There are 35 nuclei that can undergo neutrinoless double beta decay (according to the aforementioned decay conditions).

Нейтрино-неконверсия мюона

Мюон распадается как μ⁺ → e⁺ + νₑ + ν̄µ и μ⁻ → e⁻ + ν̄ₑ + νµ. Распады без эмиссии нейтрино, такие как μ → eee, μ → eγ, μ → 2e2γ и μ → e conversion, настолько маловероятны, что считаются запрещенными, и их наблюдение было бы свидетельством новой физики. Ряд экспериментов исследует эти процессы, такие как Mu to E Gamma, COMET и Mu2e для μ → e conversion, и Mu3e для μ → eee.

Беснейтринное мюонно-электронное преобразование в форме μ⁺N → e⁺N было исследовано экспериментом CMS.