Kaksi elektronista kahvaa

Kaksoiselektronin sieppaus (2 ε - sieppaus, ε e - sieppaus, ECEC -hajoaminen) on yksi atomiytimien kaksoisbeeta -hajoamisen tyypeistä , jossa ydin vangitsee kaksi elektronia atomin elektronikuoresta. Jos on määritelty elektronikuori ( K , L , M , jne.), josta elektronit vangitaan, niin he puhuvat kaksois K -sieppauksesta jne. Teoreettiset ennusteet viittaavat korkeampaan todennäköisyyteen muiden asioiden ollessa samat 2 K - vangita kuin vangita korkeammista kuorista; on myös mahdollista siepata kaksi elektronia eri elektronikuorista, esimerkiksi K ja L.

Hajoamisen ominaisuudet

Kaksoiselektronin sieppaustilaa on kaksi, kaksi neutriinoa ja yksi ilman neutrinoa. Tunnettujen säilymislakien salliman kahden neutrinon hajoamisen tapauksessa ydin vangitsee kaksi orbitaalista elektronia ja emittoi kaksi elektronineutrinoa . Tässä tapauksessa ytimen varaus pienenee kahdella yksiköllä (kaksi protonia muuttuu kahdeksi neutroniksi ). Jos hajoaminen tapahtuu tytärytimen perustilaan, niin lähes kaikki hajoamisessa vapautunut energia (kerroimeen c 2 asti yhtä suuri kuin emo- ja tytäratomien massojen erotus ) kulkeutuu pois. neutrino, lukuun ottamatta osaa energiasta, joka kuluu tyhjien paikkojen luomiseen elektronikuoressa.

Jos kyseessä on hypoteettinen neutriiniton 2 ε -kaappaus, joka on standardimallin kieltämä ja joka muuttaa leptonlukua kahdella yksiköllä, pääosan vapautuneesta energiasta kuljettaa pois sisäisen bremsstrahlungin gamma-kvantti tai sisäinen konversioelektroni . . Siepauksen aikana, kun ydin ei siirry maahan, vaan viritettyyn tasoon, tulisi myös havaita gamma-kvanttien / muunnoselektronien kaskadi, joka seuraa virittyneen tytärytimen siirtymistä perustilaan. Neutriinottoman 2 ε :n sieppauksen olemassaoloa varten (sekä kaikkien muiden kaksois-beeta-hajoamistyyppien neutriinittomien tilojen osalta) on välttämätöntä, että elektronineutrino sekoitetaan elektronin antineutriinoon jollakin mekanismilla tai vastaavana väitteenä. , että elektronineutriinon Majorana-massa (parametri, joka määrittää tämän sekoittumisen määrän) oli nollasta poikkeava. Kirjallisuudessa tarkasteltu neutriinittoman 2ε-kaappauksen päämekanismi on massiivisen Majorana-neutriinon vaihto, mutta myös useita muita mekanismeja on ehdotettu - oikeanpuoleisia virtoja heikossa vuorovaikutuksessa (tämä edellyttää hypoteettisen supermassiivisen W :n läsnäoloa). -bosoni , joka varmistaa oikeakätisten virtojen heikon vuorovaikutuksen), supersymmetria R-pariteetin rikkomisen kanssa , leptokvarkkivaihto jne. Siten neutriinittoman 2ε-kaappauksen etsintä mahdollistaa rajoitusten saamisen useiden laitteiden parametreille. teorioita, jotka tuovat "uuden fysiikan" vakiomallin ulkopuolelle.

2ε-siirtymät lisääntyvät teorian mukaan resonanttisesti, jos emoatomin massa on riittävän lähellä tytäratomin massaa, kun ydin on pohja- tai virittyneessä tilassa ja kuoressa on kaksi elektronivakanssia. Useat isotoopit (esimerkiksi gadolinium-152 KL I : n sieppauksen tapauksessa) täyttävät suunnilleen tämän ehdon. Useita kokeellisia töitä on omistettu resonanssisiirtymien etsimiselle ja 2ε:n sieppaamiseen osallistuvien atomien massa-eron tarkkaan mittaamiseen käyttäen Penning-ansoja .

Kaikissa kaksoiselektronin sieppausmuodoissa atomin alemmille elektronikuorille muodostuu kaksi (ja konversioelektronin emission tapauksessa kolme) tyhjää tilaa. Nämä vapaat paikat täyttyvät nopeasti korkeammista kuorista tulevilla elektroneilla, ja tämän siirtymän aikana vapautuva energia kulkeutuu pois Auger-elektronien ja/tai ominaisten röntgensäteiden avulla .

Jos käytettävissä oleva hajoamisenergia (emo- ja tytäratomien massojen ero) ylittää kaksi kertaa elektronin massan (2 m e c 2 ≈ 1022 keV) , kaksoiselektronin hajoamiseen voi liittyä kilpaileva kaksoisbeetaprosessi - elektronien sieppaus positroniemissiolla. Jos käytettävissä oleva vaimenemisenergia ylittää neljä kertaa elektronin massan (4 m e c 2 ≈ 2044 keV) , aktivoituu toinen kilpaileva vaimennuskanava - kaksoispositronin vaimeneminen . Kaikista luonnossa esiintyvistä nuklideista vain kuuden käytettävissä oleva hajoamisenergia ylittää 2044 keV , ja siksi kaikki kolme kaksois-beeta-hajoamistyyppiä ydinvarauksen laskulla ovat sallittuja.

Kokeelliset havainnot

Toisin kuin kahden neutrinon kaksinkertainen beeta-hajoaminen ydinvarauksen lisääntymisen kanssa, jossa hajoaminen on jo tunnistettu luotettavasti yli 10 isotoopille, yhteisö ei ole yksiselitteisesti tunnistanut kokeellisia havaintoja kaksoiselektronin hajoamisesta kummassakaan tapauksessa. -neutrino, puhumattakaan neutriinittomasta tilassa. On kuitenkin olemassa useita viitteitä kaksoiselektronin sieppaamisen havainnoinnista, jotka tarvitsevat riippumattoman vahvistuksen [1] . Muinaisten, 170 miljoonan vuoden ikäisten bariittinäytteiden (BaSO 4 ) geokemiallinen analyysi osoittaa isotoopin barium-130 hajoamisen, joka johtuu kaksoiselektronin sieppauksesta

puoliintumisajalla T 1/2 = (2,2 ± 0,5)⋅10 21 vuotta. [2] . Tässä tapauksessa hajoamistuote, ksenon -130, kerääntyy näytteeseen. Ksenon-130:n ylimäärä suhteessa muihin ksenoni-isotoopeihin osoittaa sen esiintymiseen johtavan prosessin olemassaolon. Vaikka geokemiallinen menetelmä ei mahdollista erottaa kahden neutriinon ja neutriinottoman hajoamismoodia, oletetaan, että havaittu xenon-130:n ylimäärä johtuu kahden neutrinon sallitusta hajoamisesta. Tämä tulos on kuitenkin ristiriidassa sekä aikaisemman työn [3] , jossa puoliintumisajan alarajaksi asetettiin 4⋅10 21 vuotta, että myöhemmän [4] , jossa käytettiin 3,5 Ga bariittinäytettä ja asetettiin kolme. kertaa lyhyempi kuin ensimmäisessä työssä [2] , puoliintumisaika 130 Ba: T 1/2 = (6,0 ± 1,1) × 10 20 vuotta. Tuloksissa olevien suurten eroavaisuuksien vuoksi, jotka voivat johtua jostain huomioimattomasta taustaprosessista, kaksoiselektronin sieppauksen 130 Ba olemassaoloa ei pidetä vielä luotettavasti todistettuina.

Toisessa kokeessa [5] tutkittiin krypton-78: lla rikastettua kaasumaista kryptoninäytettä matalataustaisessa suhteellisessa kammiossa , joka sijaitsee Baksan Neutrino Observatoriossa useiden kilometrien syvyydessä maan alla. Ilmaisinspektristä löytyi 8400 tunnin aikana kertynyt huippu , joka voidaan tulkita kahden neutriinon kaksois-K-kaappauksen ilmentymäksi.

puoliintumisajalla T 1/2 = (9.2+5,5
−2,6(tilasto) ± 1,3 (järjestelmä)) × 10 21 vuotta.

Vuonna 2019 löydettiin ksenon-124:n kaksoiselektronin sieppaus [6] , jonka puoliintumisaika T 1/2 = (1,8 ± 0,5 (tilasto) ± 0,1 (sys.)) × 10 22 vuotta.

Muistiinpanot

1. ↑ Kokeita, joissa löydettiin viitteitä vaikutuksen olemassaolosta, jotka myöhemmin kumottiin herkemmissä kokeissa, ei oteta tässä huomioon.
2. ↑ 1 2 A. P. Meshik, C.M. Hohenberg, O.V. Pravdivtseva ja Ya. S. Kapusta, Phys. Rev. C 64 (2001) 035205. doi : 10.1103/PhysRevC.64.035205
3. ↑ AS Barabash, RR Saakyan. Kokeelliset rajat 2β + , Kβ + ja 2K prosesseille 130 Ba:lle ja 2K sieppaukselle 132 Ba:lle // Phys. Atomi. Nucl. - 1996. - Voi. 59. - s. 179-184.
4. ↑ M. Pujol, B. Marty, P. Burnard, P. Philippot. Ksenon arkeisessa bariitissa: 130 Ba:n heikko hajoaminen, massariippuvainen isotooppifraktiointi ja vaikutus bariitin muodostumiseen // Geochimica et Cosmochimica Acta. - 2009. - Vol. 73. - P. 6834-6846. - doi : 10.1016/j.gca.2009.08.002 .
5. ↑ Yu. M. Gavrilyuk, AM Gangapshev, VV Kazalov, VV Kuzminov, SI Panasenko, SS Ratkevitš. Indikaatioita 2ν2K sieppauksesta 78 Kr // Physical Review C. - 2013. - Voi. 87. - P. 035501. - doi : 10.1103/PhysRevC.87.035501 .
6. ↑ Aprile, E. et ai. Kahden neutriinon kaksoiselektronin sieppauksen havainnointi 124 Xe:ssä XENON1T:llä  (englanniksi)  // Nature  : Journal. - 2019. - Vol. 568 . - s. 532-535 . - doi : 10.1038/s41586-019-1124-4 .