Doppio decadimento beta: differenze tra le versioni

Versione delle 17:54, 5 mar 2025

Versione delle 05:47, 13 mar 2025

Riga 1:

Il '''doppio decadimento beta''', o '''decadimento doppio beta''',<ref>{{Cita web|url=https://home.infn.it/it/news-3/news-infn-it-archivio/419-doppio-beta-nuovi-limiti-al-gran-sasso|titolo=DOPPIO BETA: NUOVI LIMITI AL GRAN SASSO|autore=cossi|sito=home.infn.it|lingua=it-it|accesso=2024-04-26}}</ref><ref name=":0">{{Cita web|url=https://static.sif.it/SIF/resources/public/files/congr20/ri/Nutini.pdf|titolo=Decadimento doppio beta|autore=Irene Nutini|sito=SIF - Società Italiana di Fisica}}</ref> (simbolo ''ββ'' o 2''β'') è un [[decadimento radioattivo]] molto raro<ref>{{Cita web|url=https://agenda.infn.it/event/19227/attachments/63662/76706/DEC-XENON1T-digangi.pdf|titolo=THE RAREST DECAY EVER OBSERVED|autore=Pietro di Gangi|sito=INFN}}</ref> in cui un [[nucleo atomico]] decade in un altro attraverso la trasformazione simultanea di due [[Neutrone|neutroni]] del suo nucleo in due [[Protone|protoni]], oppure viceversa.<ref name=":1">{{Cita web|url=https://static.sif.it/SIF/resources/public/files/congr20/ri/Nutini.pdf|titolo=Decadimento doppio beta|p=3}}</ref> Come per i [[Decadimento beta|decadimenti beta]] singoli, il [[numero di massa]] viene in tal modo conservato. L'idea della possibilità di questo decadimento fu proposta dalla fisica [[Maria Goeppert-Mayer]] nel 1935. Dopo vari tentativi nel corso degli anni il processo fu osservato per la prima volta con sufficiente certezza nel 1987 nel [[nuclide]] ⁸²[[Selenio|Se]] che in tal modo si trasforma in ⁸²[[Kripton|Kr]].<ref>{{Cita pubblicazione|nome=S. R.|cognome=Elliott|nome2=A. A.|cognome2=Hahn|nome3=M. K.|cognome3=Moe|data=1987-11-02|titolo=Direct evidence for two-neutrino double-beta decay in $^{82}\mathrm{Se}$|rivista=Physical Review Letters|volume=59|numero=18|pp=2020–2023|accesso=2024-04-26|doi=10.1103/PhysRevLett.59.2020|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.59.2020}}</ref>

Questa trasformazione nucleare è tra le più rare che si conoscano, è stata riscontrata in circa una ventina di nuclidi diversi e inoltre in questi casi si osservano vite medie che vanno da ~10¹⁸ anni a ~10²² – 10²⁴ anni<ref name=":0" /><ref>{{Cita pubblicazione|nome=A. S.|cognome=Barabash|data=2011-04-01|titolo=Experiment double beta decay: Historical review of 75 years of research|rivista=Physics of Atomic Nuclei|volume=74|numero=4|pp=603–613603-613|lingua=en|accesso=2024-04-26|doi=10.1134/S1063778811030070|url=https://doi.org/10.1134/S1063778811030070}}</ref><ref>{{Cita web|url=https://elearning.unimib.it/pluginfile.php/1447918/mod_resource/content/8/5_Beta.pdf|titolo=Decadimenti Beta|p=39}}</ref> (per confronto, l'età stimata dell'Universo è dell'ordine di ~10¹⁰ anni).

In ogni doppio decadimento beta normale, che nel [[Modello standard]] è un processo permesso, ma del secondo ordine,<ref name=":1" /> la trasformazione nucleare è sempre accompagnata dall'emissione di due [[Antineutrino|(anti]]-)[[Neutrino|neutrini]]. Basandosi sull'ipotesi di una natura differente del neutrino (neutrino di Majorana) è stato anche ipotizzato un tipo di doppio decadimento beta in violazione della conservazione del [[numero leptonico]],<ref>Cosa che non è prevista nel Modello standard.</ref> che vedrebbe realizzata la stessa trasformazione nucleare già vista, senza però l'emissione di neutrini, detto «doppio decadimento beta senza neutrini» (''vide infra'').<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Jouni|cognome=Suhonen|data=2005-04|titolo=Theory of double beta decay|rivista=Nuclear Physics A|volume=752|pp=53–6653-66|lingua=en|accesso=2024-04-26|doi=10.1016/j.nuclphysa.2005.02.027|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0375947405001521}}</ref>

== Doppio decadimento beta normale ==

Il doppio decadimento beta normale, indicato talvolta ''ββνν'' o anche ''ννββ'', può anche essere interpretato come il verificarsi di due decadimenti beta che avvengano però contemporaneamente.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=H|cognome=Primakoff|nome2=S P|cognome2=Rosen|data=1959-01-01|titolo=Double beta decay|rivista=Reports on Progress in Physics|volume=22|numero=1|pp=121–166121-166|accesso=2024-04-26|doi=10.1088/0034-4885/22/1/305|url=https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/22/1/305}}</ref> Esso porta quindi allo stesso nuclide finale dei due decadimenti beta corrispondenti in successione. In tutti i casi si produce un [[elemento chimico]] che è due caselle più avanti (o più indietro) nella [[Tavola periodica degli elementi|Tavola periodica]], rispetto a quello iniziale:

: {{apici e pedici|a=r|p=''A''|b=''Z''}}E &nbsp;&nbsp;→&nbsp;&nbsp; {{apici e pedici|a=r|p=''A''|b=''Z±2''}}E

Riga 18:

Nel doppio decadimento beta negativo, indicato con il simbolo 2''β''⁻ (o ''β⁻β⁻'') due neutroni del nucleo sono convertiti in due protoni, con l'emissione dal nucleo di due [[Elettrone|elettroni]] e due antineutrini.

Il doppio decadimento positivo, indicato con il simbolo 2''β''⁺ (o ''β⁺β⁺'') comporta in ogni caso la trasformazione inversa rispetto al 2''β''⁻, cioè la trasformazione di due protoni in due neutroni, con l'emissione di due [[Neutrino|neutrini]]; questa trasformazione si può però realizzare con tre meccanismi diversi a seconda del numero di [[Positrone|positroni]] che vengono emessi dal nucleo (0, 1 o 2). Questi sono descritti qui sotto in ordine crescente di richiesta energetica (Q) per la trasformazione del nuclide iniziale nel nuclide finale:<ref>{{Cita pubblicazione|nome=M.|cognome=Hirsch|nome2=K.|cognome2=Muto|nome3=T.|cognome3=Oda|data=1994-09-01|titolo=Nuclear structure calculation ofβ+β+,β+/EC and EC/EC decay matrix elements|rivista=Zeitschrift für Physik A Hadrons and Nuclei|volume=347|numero=3|pp=151–160151-160|lingua=en|accesso=2024-04-26|doi=10.1007/BF01292371|url=https://doi.org/10.1007/BF01292371}}</ref>

* [[doppia cattura elettronica]] (2''ε'' o ''εε''): il nucleo atomico cattura due elettroni (come nella [[Cattura elettronica|cattura monoelettronica]], preferibilmente dal guscio elettronico 1''s<ref>{{Cita libro|nome=GREGORY R.|cognome=CHOPPIN|nome2=JAN-OLOV|cognome2=LILJENZIN|nome3=JAN|cognome3=RYDBERG|titolo=Unstable Nuclei and Radioactive Decay|url=https://doi.org/10.1016/B978-075067463-8/50004-2|accesso=6 aprile 2024|data=2002|editore=Elsevier|pp=58–9358-93|doi=10.1016/b978-075067463-8/50004-2}}</ref>'') ed emette due neutrini; avviene per Q > 0.

* cattura elettronica+emissione di positrone (ε''β''⁺): il nucleo atomico cattura un elettrone ed emette un [[positrone]] e due neutrini; avviene per Q > 1,022&nbsp;M[[Elettronvolt|eV]] (equivalente energetico di 2 masse elettroniche).

* doppia emissione di positrone (2''β''⁺ o ''β''⁺''β''⁺): il nucleo atomico emette due positroni e due neutrini; avviene per Q > 2,044&nbsp;MeV (equivalente energetico di 4 masse elettroniche).

Riga 41:

: {{apici e pedici|a=r|p=''A''|b=''Z''}}E &nbsp;&nbsp;→&nbsp;&nbsp; {{apici e pedici|a=r|p=''A''|b=''Z−2''}}E + 2 <math>\nu_e</math> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Esempio: {{apici e pedici|a=r|p=40|b=20}}[[Calcio (elemento chimico)|Ca]] &nbsp;&nbsp;→&nbsp;&nbsp; {{apici e pedici|a=r|p=40|b=18}}Ar + 2 <math>\nu_e</math> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; [Q(2''ε'') = 193,51&nbsp;keV, ''T''_½ = 3×10²¹&nbsp;anni]<ref>{{Cita web|url=https://periodictable.com/Isotopes/020.40/index.dm.html|titolo=Isotope data for calcium-40 in the Periodic Table|sito=periodictable.com|accesso=2024-05-01}}</ref><ref name=":2">{{Cita web|url=https://art.torvergata.it/retrieve/e291c0d9-308b-cddb-e053-3a05fe0aa144/2021-bb-pos-rev-particles-04-00023-v3.pdf|titolo=Status and Perspectives of 2e, eb+ and 2b+ Decays|autore=Pierluigi Belli|autore2=Rita Bernabei|autore3=Vincenzo Caracciolo|sito=Università Torvergata|p=257}}</ref>

L'atomo prodotto dal decadimento ([[argon]], in questo caso) è elettricamente neutro.

==== Cattura elettronica con emissione di positrone (''εβ⁺'') ====

: {{apici e pedici|a=r|p=''A''|b=''Z''}}E &nbsp;&nbsp;→&nbsp;&nbsp; {{apici e pedici|a=r|p=''A''|b=''Z−2''}}E + ''e⁺'' + 2 <math>\nu_e</math> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Esempio: {{apici e pedici|a=r|p=64|b=30}}Zn &nbsp;&nbsp;→&nbsp;&nbsp; {{apici e pedici|a=r|p=64|b=28}}Ni⁻ + ''e⁺'' + 2 <math>\nu_e</math> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; [Q(2''ε'') = 1094,7&nbsp;keV, ''T''_½ > 1,2×10²²&nbsp;anni]<ref name=":2" />

L'atomo prodotto dal decadimento ([[nichel]], in questo caso) è un [[anione]].

==== Doppia emissione di positrone (''2β⁺'') ====

: {{apici e pedici|a=r|p=''A''|b=''Z''}}E &nbsp;&nbsp;→&nbsp;&nbsp; {{apici e pedici|a=r|p=''A''|b=''Z−2''}}E + 2 ''e⁺'' + 2 <math>\nu_e</math> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; Esempio: {{apici e pedici|a=r|p=78|b=36}}Kr &nbsp;&nbsp;→&nbsp;&nbsp; {{apici e pedici|a=r|p=78|b=34}}Se²⁻ + 2 ''e⁺'' + 2 <math>\nu_e</math> &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; [Q(2''ε'') = 2849,96&nbsp;keV, ''T''_½ = 2,3×10²⁰&nbsp;anni]<ref>{{Cita web|url=https://periodictable.com/Isotopes/036.78/index.dm.prod.html|titolo=Isotope data for krypton-78 in the Periodic Table|sito=periodictable.com|accesso=2024-05-01}}</ref>

L'atomo prodotto dal decadimento (selenio, in questo caso) è un dianione.

== Doppio decadimento beta senza neutrini ==