Doble desintegración $\beta\beta$ la observación y la masa del neutrino

Question

Si la doble desintegración $\beta\beta$ será detectado esto significa que el neutrino es una partícula de Majorana coincidente con su antipartícula. En el momento en que la vida media de esta decadencia es poner a $\tau\ge10^{25}$años. El límite de la Majorana neutrino masa es de alrededor de 0.2–0.4 eV. ¿Cuál es la relación entre la probabilidad de $\beta\beta$ decaimiento y la masa del neutrino? Gracias.

Answer 1

Su declaración es incorrecta en un punto:

Regular $\beta\beta$ decaimiento que sucede en la naturaleza, incluso con dirac neutrinos. Sin embargo, esto demuestra el continuo electrón (o positrón) distribución de la energía que uno espera de sólo dos (en gran medida independiente) $\beta$ decae (ver imagen de abajo).

Lo interesante es que, si neturinos son marjorana partículas de hecho, un decaimiento de la canal se abre: neutrinoless doble desintegración beta, también se denota $\beta\beta 0\nu$. Esto, en teoría, llevar a un pico en el extremo superior de la combinación de la energía de los electrones del espectro, ya que no observables partículas de llevar parte de la decadencia de la energía. El diagrama de Feynman se parece a esto

El interno fermión línea (la con $\nu_e$) sólo está permitido para partículas de majorana, ya que no se llevan bien definidos fermión número y por lo tanto no tienen flechas.

Tenga en cuenta que la imagen del espectro por encima de laaaaargly exagera la espera de la espiga. Doble desintegración beta es raro como es y la neutrinoless versión es suprimidos w.r.t. el $2\nu$ versión. Lo que los experimentos buscando $\beta\beta 0\nu$ esperar, son de un solo dígito el número de eventos después de años de observación.

Ahora, a tu pregunta: El más pequeño es el neutrino majorana masa, es menos probable que el neutrino*menos* doble desintegración beta. Por lo tanto, en el límite de cero majorana masa (por lo tanto sólo dirac masa), no tenemos $\beta\beta 0\nu$. Nota que esto es para zurdos neutrinos, es decir, los neutrinos que son parte de la $SU(2)_L$ doblete sólo. La mano derecha majorana masas puede ser arbitrariamente grande, sin influir en la $\beta \beta 0 \nu$.

Aún así, si las pequeñas masas de neutrinos se originan a partir de un mecanismo de balancín, la inducida por majorana masa califica para $\beta \beta 0 \nu$.

Answer 2

Usted puede comparar neutrinoless doble desintegración beta para el problema de $$\begin{align} \pi^+ &\to e^+ + \nu_e, & \text{with branching ratio} &\sim 10^{-4} \\ \pi^+ &\to \mu^+ + \nu_\mu, & \text{ branching ratio} &\sim 1 \end{align}$$ Aquí el pion ha espín cero y se encuentra en reposo en algún marco de referencia; en ese marco de referencia el neutrino y el leptón cargado debe tener igual y opuesta impulso y han giros opuestos, que funciona a tener el mismo helicidad. Pero el débil cargada actual $W^+$ parejas para zurdos partículas y diestro antipartículas. Un relativista, polarizado leptón puede sólo par a el $W$ si su giro va en el camino correcto. Los neutrinos son hiper-relativista y salir completamente zurdo. El $\mu$ tiene muy poca energía, por lo que su imparcialidad no es muy fuerte. Pero el positrón es también fuertemente relativista, con $\gamma \approx 100$, y tiene que salir de girar el "mal" camino debido a la gira de el neutrino y el pion.

Usted tiene el mismo tipo de cosa que ocurre en neutrinoless $\beta\beta$ caries: uno de los neutrinos tiene que tener el "mal" spin, y la probabilidad va aproximadamente como $\gamma^2$.