Doppio decadimento beta
Il doppio decadimento beta (DBD) è un decadimento radioattivo raro in cui due neutroni sono convertiti in due protoni.
Nel decadimento beta meno, un nucleo decade convertendo un neutrone del nucleo in un protone e emettendo un elettrone e un antineutrino elettronico. Per essere possibile il nucleo finale deve avere una maggiore energia di legame del nucleo originario. Per alcuni nuclei, come il germanio-76, i nuclei con numero atomico maggiore di uno hanno un'energia di legame più piccola, impedendo il decadimento beta. Tuttavia, il nucleo con numero atomico più grande di 2, il selenio-76, ha una grande energia di legame, quindi il "doppio decadimento beta" è consentito.
Nel doppio decadimento beta, due neutroni del nucleo sono convertiti in protone, e due elettroni e due antineutrini sono emessi. Il processo fu osservato per la prima volta nel 1986. È il processo di decadimento più raro conosciuto; è stato osservato per soli 10 isotopi, e tutti avevano una vita media maggiore di 1019 anni.
Per alcuni nuclei, il processo avviene come conversione di due protoni in neutroni, con l'emissione di due neutrini elettronici e l'assorbimento di due elettroni atomici (doppia cattura elettronica). Se la differenza di massa tra i genitori e i figli è più di 1022 keV (due volte la massa dell'elettrone), un altro ramo del processo è possibile, con la cattura di un elettrone atomico e l'emissione di due positroni. Inoltre se la differenza di massa è più di 2044 keV (quattro volte l'elettrone), un terzo ramo si apre, con l'emissione di due positroni. Tutte questi tipi di decadimenti beta sono stati predetti ma mai osservati.
Doppio decadimento beta senza neutrini
I processi descritti prima sono conosciuti come doppio decadimento beta 2 neutrini, in quanto 2 neutrini (o antineutrini) sono emessi. Se il neutrino è una particella di Majorana, è possibile osservare un decadimento beta senza neutrini. Nel doppio decadimento beta senza neutrini il neutrino emesso è assorbito immediatamente da un altro nucleone del nucleo, quindi l'energia cinetica totale dei due elettroni è esattamente la differenza dell'energia di legame tra il nucleo iniziale e quello finale. Numerosi esperimenti hanno proposto la ricerca per il decadimento beta senza neutrini. La sua scoperta indicherebbe che il neutrino è una particelle di Majorana e consentirebbe il calcolo della massa del neutrino.