Двойной электронный захват
| Ядерные процессы |
|---|
Радиоактивный распад
|
Двойно́й электро́нный захва́т (2ε-захват, εε-захват, ECEC-распад) — один из видов двойного бета-распада атомных ядер, при котором ядро захватывает два электрона из атомной электронной оболочки. Если конкретизируется электронная оболочка (K, L, M и т. д.), с которой захватываются электроны, то говорят о двойном К-захвате и т. д. Теоретические предсказания указывают на более высокую, при прочих равных условиях, вероятность 2К-захвата, чем захвата с более высоких оболочек; возможен также захват двух электронов с разных электронных оболочек, например K и L.
Характеристики распада
Выделяются две моды двойного электронного захвата — двухнейтринная и безнейтринная. В случае двухнейтринного распада, разрешённого известными законами сохранения, ядро захватывает два орбитальных электрона и излучает два электронных нейтрино. Заряд ядра при этом уменьшается на две единицы (два протона превращаются в два нейтрона). Если распад происходит в основное состояние дочернего ядра, то почти вся выделившаяся в распаде энергия (равная, с точностью до множителя c2, разности масс материнского и дочернего атомов) уносится нейтрино, за исключением части энергии, потраченной на создание вакансий в электронной оболочке.
В случае гипотетического безнейтринного 2ε-захвата, запрещённого Стандартной моделью и изменяющего лептонное число на две единицы, основная часть выделенной энергии уносится гамма-квантом внутреннего тормозного излучения или электроном внутренней конверсии. При захвате с переходом ядра не на основной, а на возбуждённый уровень должен наблюдаться также каскад гамма-квантов/конверсионных электронов, сопровождающих переход дочернего возбужденного ядра в основное состояние. Для существования безнейтринного 2ε-захвата (как и для безнейтринных мод всех других типов двойного бета-распада) необходимо, чтобы электронное нейтрино посредством того или иного механизма смешивалось с электронным антинейтрино, или, как эквивалентное утверждение, чтобы майорановская масса электронного нейтрино (параметр, задающий величину этого смешивания) была ненулевой. Основным рассматриваемым в литературе механизмом безнейтринного 2ε-захвата является обмен массивным майорановским нейтрино, однако предложен и ряд других механизмов — правые токи в слабом взаимодействии (для этого необходимо наличие гипотетического сверхмассивного W-бозона, обеспечивающего слабое взаимодействие правых токов), суперсимметрия с нарушением R-чётности, обмен лептокварком и т. д. Таким образом, поиск безнейтринного 2ε-захвата позволяет получить ограничения на параметры ряда теорий, вводящих «новую физику» за рамками Стандартной модели.
2ε-переходы, согласно теории, резонансно усиливаются, если материнский атом по массе достаточно близок к дочернему атому с ядром в основном или возбуждённом состоянии и двумя вакансиями электронов в оболочке. Несколько изотопов (например, гадолиний-152 в случае KLI-захвата) приближённо удовлетворяют этому условию. Ряд экспериментальных работ посвящён поиску резонансных переходов и точному измерению на [en.wikipedia.org/wiki/Penning_trap ловушках Пеннинга] разности масс атомов, участвующих в 2ε-захвате.
Во всех модах двойного электронного захвата образуется две (а при излучении конверсионного электрона — три) вакансии на нижних электронных оболочках атома. Эти вакансии быстро заполняются электронами с более высоких оболочек, а выделившаяся при этом переходе энергия уносится Оже-электронами или/и характеристическим рентгеновским излучением.
Если доступная энергия распада (разность между массами материнского и дочернего атомов) превосходит удвоенную массу электрона (2mec2 ≈ 1022 кэВ), то двойной электронный распад может сопровождаться конкурирующим двойным бета-процессом — захватом электрона с позитронной эмиссией. Если доступная энергия распада превышает учетверённую массу электрона (4mec2 ≈ 2044 кэВ), включается ещё один конкурирующий канал распада — двойной позитронный распад. Из всех существующих в природе нуклидов только у шести доступная энергия распада превосходит 2044 кэВ и, следовательно, разрешены все три типа двойного бета-распада с понижением заряда ядра.
Экспериментальные наблюдения
В отличие от двухнейтринного двойного бета-распада с повышением заряда ядра, где распад был надёжно идентифицирован уже для более чем 10 изотопов, пока нет однозначно признанных сообществом экспериментальных наблюдений двойного электронного распада ни в двухнейтринной, ни тем более в безнейтринной моде. Однако существует ряд указаний на наблюдение двойного электронного захвата, нуждающихся в независимом подтверждении[1]. Геохимический анализ древних образцов барита (BaSO4) возрастом 170 млн лет указывает на распад изотопа бария-130, вызванный двойным электронным захватом
- <math>\mathrm{{}^{130}_{56}Ba}+2\mathrm{e}^- \rightarrow\mathrm{{}^{130}_{54}Xe} + ...</math>
с периодом полураспада T1/2 = (2,2 ± 0,5)·1021 лет. [2]. При этом в образце накапливается продукт распада, ксенон-130. Избыток ксенона-130 по отношению к другим изотопам ксенона служит указанием на наличие процесса, приводящего к его появлению. Хотя геохимический метод не позволяет отличить двухнейтринную моду распада от безнейтринной, предполагается, что наблюдаемый избыток ксенона-130 обусловлен двухнейтринным, разрешённым распадом. Однако этот результат противоречит как более ранней работе[3], установившей нижнее ограничение на период полураспада на уровне 4·1021 лет, так и более поздней[4], в которой был использован образец барита возрастом 3,5 млрд лет и установлен втрое более короткий, чем в первой работе[2], период полураспада 130Ba: T1/2 = (6,0 ± 1,1) × 1020 лет. Вследствие больших расхождений в результатах, которые могут быть вызваны каким-либо неучтённым фоновым процессом, существование двойного электронного захвата 130Ba пока не считается надёжно доказанным.
В другом эксперименте[5] исследовался образец газообразного криптона, обогащённого криптоном-78, в низкофоновой пропорциональной камере, размещённой в Баксанской нейтринной обсерватории на глубине нескольких километров под землёй. В спектре детектора, накопленном в течение 8400 часов, был обнаружен пик, который может быть интерпретирован как проявление двухнейтринного двойного К-захвата
- <math>\mathrm{{}^{78}_{36}Kr}+2\mathrm{e}^- \rightarrow\mathrm{{}^{78}_{34}Se} + 2\bar{\nu}_e</math>
с периодом полураспада T1/2 = (9,2 +5,5−2,6 (стат.) ± 1,3 (сист.)) × 1021 лет.
Напишите отзыв о статье "Двойной электронный захват"
Примечания
- ↑ Здесь не рассматриваются эксперименты, обнаруживавшие указания на наличие эффекта, которые впоследствии были опровергнуты в более чувствительных экспериментах.
- ↑ 1 2 A. P. Meshik, C. M. Hohenberg, O. V. Pravdivtseva, and Ya. S. Kapusta, Phys. Rev. C 64 (2001) 035205. DOI:10.1103/PhysRevC.64.035205
- ↑ A.S. Barabash, R.R. Saakyan Experimental limits on 2β+, Kβ+, and 2K processes for 130Ba and on 2K capture for 132Ba // Phys. Atom. Nucl. — 1996. — Vol. 59. — P. 179–184.
- ↑ M. Pujol, B. Marty, P. Burnard, P.Philippot Xenon in Archean barite: Weak decay of 130Ba, mass-dependent isotopic fractionation and implication for barite formation // Geochimica et Cosmochimica Acta. — 2009. — Vol. 73. — P. 6834–6846. — DOI:10.1016/j.gca.2009.08.002.
- ↑ Yu. M. Gavrilyuk, A. M. Gangapshev, V. V. Kazalov, V. V. Kuzminov, S. I. Panasenko, S. S. Ratkevich Indications of 2ν2K capture in 78Kr // Physical Review C. — 2013. — Vol. 87. — P. 035501. — DOI:10.1103/PhysRevC.87.035501.
Отрывок, характеризующий Двойной электронный захват
– Но, милая княжна, – кротко и убедительно говорила Анна Михайловна, заступая дорогу от спальни и не пуская княжну, – не будет ли это слишком тяжело для бедного дядюшки в такие минуты, когда ему нужен отдых? В такие минуты разговор о мирском, когда его душа уже приготовлена…Князь Василий сидел на кресле, в своей фамильярной позе, высоко заложив ногу на ногу. Щеки его сильно перепрыгивали и, опустившись, казались толще внизу; но он имел вид человека, мало занятого разговором двух дам.
– Voyons, ma bonne Анна Михайловна, laissez faire Catiche. [Оставьте Катю делать, что она знает.] Вы знаете, как граф ее любит.
– Я и не знаю, что в этой бумаге, – говорила княжна, обращаясь к князю Василью и указывая на мозаиковый портфель, который она держала в руках. – Я знаю только, что настоящее завещание у него в бюро, а это забытая бумага…
Она хотела обойти Анну Михайловну, но Анна Михайловна, подпрыгнув, опять загородила ей дорогу.
– Я знаю, милая, добрая княжна, – сказала Анна Михайловна, хватаясь рукой за портфель и так крепко, что видно было, она не скоро его пустит. – Милая княжна, я вас прошу, я вас умоляю, пожалейте его. Je vous en conjure… [Умоляю вас…]
Княжна молчала. Слышны были только звуки усилий борьбы зa портфель. Видно было, что ежели она заговорит, то заговорит не лестно для Анны Михайловны. Анна Михайловна держала крепко, но, несмотря на то, голос ее удерживал всю свою сладкую тягучесть и мягкость.
– Пьер, подойдите сюда, мой друг. Я думаю, что он не лишний в родственном совете: не правда ли, князь?
– Что же вы молчите, mon cousin? – вдруг вскрикнула княжна так громко, что в гостиной услыхали и испугались ее голоса. – Что вы молчите, когда здесь Бог знает кто позволяет себе вмешиваться и делать сцены на пороге комнаты умирающего. Интриганка! – прошептала она злобно и дернула портфель изо всей силы.
Но Анна Михайловна сделала несколько шагов, чтобы не отстать от портфеля, и перехватила руку.
– Oh! – сказал князь Василий укоризненно и удивленно. Он встал. – C'est ridicule. Voyons, [Это смешно. Ну, же,] пустите. Я вам говорю.
Княжна пустила.
– И вы!
Анна Михайловна не послушалась его.
– Пустите, я вам говорю. Я беру всё на себя. Я пойду и спрошу его. Я… довольно вам этого.
– Mais, mon prince, [Но, князь,] – говорила Анна Михайловна, – после такого великого таинства дайте ему минуту покоя. Вот, Пьер, скажите ваше мнение, – обратилась она к молодому человеку, который, вплоть подойдя к ним, удивленно смотрел на озлобленное, потерявшее всё приличие лицо княжны и на перепрыгивающие щеки князя Василья.
– Помните, что вы будете отвечать за все последствия, – строго сказал князь Василий, – вы не знаете, что вы делаете.
– Мерзкая женщина! – вскрикнула княжна, неожиданно бросаясь на Анну Михайловну и вырывая портфель.
Князь Василий опустил голову и развел руками.
В эту минуту дверь, та страшная дверь, на которую так долго смотрел Пьер и которая так тихо отворялась, быстро, с шумом откинулась, стукнув об стену, и средняя княжна выбежала оттуда и всплеснула руками.
– Что вы делаете! – отчаянно проговорила она. – II s'en va et vous me laissez seule. [Он умирает, а вы меня оставляете одну.]
Старшая княжна выронила портфель. Анна Михайловна быстро нагнулась и, подхватив спорную вещь, побежала в спальню. Старшая княжна и князь Василий, опомнившись, пошли за ней. Через несколько минут первая вышла оттуда старшая княжна с бледным и сухим лицом и прикушенною нижнею губой. При виде Пьера лицо ее выразило неудержимую злобу.
– Да, радуйтесь теперь, – сказала она, – вы этого ждали.
И, зарыдав, она закрыла лицо платком и выбежала из комнаты.
За княжной вышел князь Василий. Он, шатаясь, дошел до дивана, на котором сидел Пьер, и упал на него, закрыв глаза рукой. Пьер заметил, что он был бледен и что нижняя челюсть его прыгала и тряслась, как в лихорадочной дрожи.
– Ах, мой друг! – сказал он, взяв Пьера за локоть; и в голосе его была искренность и слабость, которых Пьер никогда прежде не замечал в нем. – Сколько мы грешим, сколько мы обманываем, и всё для чего? Мне шестой десяток, мой друг… Ведь мне… Всё кончится смертью, всё. Смерть ужасна. – Он заплакал.
Анна Михайловна вышла последняя. Она подошла к Пьеру тихими, медленными шагами.
– Пьер!… – сказала она.
Пьер вопросительно смотрел на нее. Она поцеловала в лоб молодого человека, увлажая его слезами. Она помолчала.
– II n'est plus… [Его не стало…]
Пьер смотрел на нее через очки.
– Allons, je vous reconduirai. Tachez de pleurer. Rien ne soulage, comme les larmes. [Пойдемте, я вас провожу. Старайтесь плакать: ничто так не облегчает, как слезы.]
Она провела его в темную гостиную и Пьер рад был, что никто там не видел его лица. Анна Михайловна ушла от него, и когда она вернулась, он, подложив под голову руку, спал крепким сном.
На другое утро Анна Михайловна говорила Пьеру:
– Oui, mon cher, c'est une grande perte pour nous tous. Je ne parle pas de vous. Mais Dieu vous soutndra, vous etes jeune et vous voila a la tete d'une immense fortune, je l'espere. Le testament n'a pas ete encore ouvert. Je vous connais assez pour savoir que cela ne vous tourienera pas la tete, mais cela vous impose des devoirs, et il faut etre homme. [Да, мой друг, это великая потеря для всех нас, не говоря о вас. Но Бог вас поддержит, вы молоды, и вот вы теперь, надеюсь, обладатель огромного богатства. Завещание еще не вскрыто. Я довольно вас знаю и уверена, что это не вскружит вам голову; но это налагает на вас обязанности; и надо быть мужчиной.]
Пьер молчал.
– Peut etre plus tard je vous dirai, mon cher, que si je n'avais pas ete la, Dieu sait ce qui serait arrive. Vous savez, mon oncle avant hier encore me promettait de ne pas oublier Boris. Mais il n'a pas eu le temps. J'espere, mon cher ami, que vous remplirez le desir de votre pere. [После я, может быть, расскажу вам, что если б я не была там, то Бог знает, что бы случилось. Вы знаете, что дядюшка третьего дня обещал мне не забыть Бориса, но не успел. Надеюсь, мой друг, вы исполните желание отца.]
Пьер, ничего не понимая и молча, застенчиво краснея, смотрел на княгиню Анну Михайловну. Переговорив с Пьером, Анна Михайловна уехала к Ростовым и легла спать. Проснувшись утром, она рассказывала Ростовым и всем знакомым подробности смерти графа Безухого. Она говорила, что граф умер так, как и она желала бы умереть, что конец его был не только трогателен, но и назидателен; последнее же свидание отца с сыном было до того трогательно, что она не могла вспомнить его без слез, и что она не знает, – кто лучше вел себя в эти страшные минуты: отец ли, который так всё и всех вспомнил в последние минуты и такие трогательные слова сказал сыну, или Пьер, на которого жалко было смотреть, как он был убит и как, несмотря на это, старался скрыть свою печаль, чтобы не огорчить умирающего отца. «C'est penible, mais cela fait du bien; ca eleve l'ame de voir des hommes, comme le vieux comte et son digne fils», [Это тяжело, но это спасительно; душа возвышается, когда видишь таких людей, как старый граф и его достойный сын,] говорила она. О поступках княжны и князя Василья она, не одобряя их, тоже рассказывала, но под большим секретом и шопотом.
В Лысых Горах, имении князя Николая Андреевича Болконского, ожидали с каждым днем приезда молодого князя Андрея с княгиней; но ожидание не нарушало стройного порядка, по которому шла жизнь в доме старого князя. Генерал аншеф князь Николай Андреевич, по прозванию в обществе le roi de Prusse, [король прусский,] с того времени, как при Павле был сослан в деревню, жил безвыездно в своих Лысых Горах с дочерью, княжною Марьей, и при ней компаньонкой, m lle Bourienne. [мадмуазель Бурьен.] И в новое царствование, хотя ему и был разрешен въезд в столицы, он также продолжал безвыездно жить в деревне, говоря, что ежели кому его нужно, то тот и от Москвы полтораста верст доедет до Лысых Гор, а что ему никого и ничего не нужно. Он говорил, что есть только два источника людских пороков: праздность и суеверие, и что есть только две добродетели: деятельность и ум. Он сам занимался воспитанием своей дочери и, чтобы развивать в ней обе главные добродетели, до двадцати лет давал ей уроки алгебры и геометрии и распределял всю ее жизнь в беспрерывных занятиях. Сам он постоянно был занят то писанием своих мемуаров, то выкладками из высшей математики, то точением табакерок на станке, то работой в саду и наблюдением над постройками, которые не прекращались в его имении. Так как главное условие для деятельности есть порядок, то и порядок в его образе жизни был доведен до последней степени точности. Его выходы к столу совершались при одних и тех же неизменных условиях, и не только в один и тот же час, но и минуту. С людьми, окружавшими его, от дочери до слуг, князь был резок и неизменно требователен, и потому, не быв жестоким, он возбуждал к себе страх и почтительность, каких не легко мог бы добиться самый жестокий человек. Несмотря на то, что он был в отставке и не имел теперь никакого значения в государственных делах, каждый начальник той губернии, где было имение князя, считал своим долгом являться к нему и точно так же, как архитектор, садовник или княжна Марья, дожидался назначенного часа выхода князя в высокой официантской. И каждый в этой официантской испытывал то же чувство почтительности и даже страха, в то время как отворялась громадно высокая дверь кабинета и показывалась в напудренном парике невысокая фигурка старика, с маленькими сухими ручками и серыми висячими бровями, иногда, как он насупливался, застилавшими блеск умных и точно молодых блестящих глаз.
