डबल बीटा क्षय: Difference between revisions

[[परमाणु भौतिकी]] में, दोहरा [[बीटा क्षय]] एक प्रकार का [[रेडियोधर्मी क्षय]] है जिसमें दो [[न्यूट्रॉन]] एक [[परमाणु नाभिक]] के अंदर एक साथ दो [[प्रोटॉन]] में परिवर्तित हो जाते हैं, या जो इसके विपरीत भी संभव है। एकल बीटा क्षय के रूप में, यह प्रक्रिया परमाणु को प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के इष्टतम अनुपात के करीब ले जाने की अनुमति देती है। इस परिवर्तन के परिणामस्वरूप, नाभिक दो पहचाने जाने योग्य [[बीटा कण|बीटा कणों]] का उत्सर्जन करता है, जो [[इलेक्ट्रॉन]] या [[पोजीट्रान]] हैं।

साहित्य दो प्रकार के दोहरे बीटा क्षय के बीच अंतर करता है: ''साधारण'' दोहरा बीटा क्षय और ''[[ न्युट्रीनो |न्यूट्रिनोलेस]]'' दोहरा बीटा क्षय। साधारण दोहरे बीटा क्षय में, जिसे कई समस्थानिकों में देखा गया है, क्षयकारी नाभिक से दो इलेक्ट्रॉन और दो इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो उत्सर्जित होते हैं। न्यूट्रिनोलेस दोहरा बीटा क्षय में, एक परिकल्पित प्रक्रिया जिसे कभी नहीं देखा गया है, केवल इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन होगा।

दोहरा बीटा क्षय का विचार पहली बार 1935 में [[मारिया गोएपर्ट मेयर]] द्वारा प्रस्तावित किया गया था।<ref name="Giuliani2012">

1939 में, वेंडेल एच. फेरी ने प्रस्तावित किया कि यदि न्यूट्रिनो मेजराना कण हैं, तो दोहरा बीटा क्षय किसी भी न्यूट्रिनो के उत्सर्जन के बिना आगे बढ़ सकता है, इस प्रक्रिया के माध्यम से जिसे अब [[न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा क्षय|न्यूट्रिनोलेस दोहरा बीटा क्षय]] कहा जाता है।<ref>

यह अभी तक ज्ञात नहीं है कि क्या न्यूट्रिनो एक मेजराना कण है, और, संबंधित रूप से, क्या न्यूट्रिनोलेस दोहरा बीटा क्षय प्रकृति में मौजूद है।<ref name="Barabash2011">

1930-1940 के दशक में, [[कमजोर अंतःक्रिया|कमजोर अंतःक्रियाओं]] में [[समानता का उल्लंघन]] ज्ञात नहीं था, और परिणामस्वरूप गणनाओं से पता चला कि न्यूट्रिनोलेस दोहरा बीटा क्षय सामान्य दोहरा बीटा क्षय की तुलना में होने की अधिक संभावना होनी चाहिए, यदि न्यूट्रिनो मेजराना कण थे। अनुमानित आधा जीवन {{10^|15}}~{{10^|16}} वर्षों के क्रम में था।<ref name="Barabash2011" />प्रयोगशाला में प्रक्रिया का निरीक्षण करने का प्रयास कम से कम 1948 से शुरू होता है जब ई.एल. फायरमैन ने 124 के आधे जीवन को सीधे मापने का पहला प्रयास किया{{SimpleNuclide|link=yes|tin|124}} आइसोटोप एक [[गीगर काउंटर]] के साथ।<ref>

लगभग 1960 के माध्यम से रेडियोमेट्रिक प्रयोगों ने नकारात्मक परिणाम या झूठे सकारात्मक परिणाम दिए, बाद के प्रयोगों से इसकी पुष्टि नहीं हुई। 1950 में, पहली बार डबल बीटा {{SimpleNuclide|link=yes|Tellurium|130}} के आधे जीवन का क्षय करता है भू-रासायनिक विधियों द्वारा 1.4 × 1021 वर्ष मापा गया था,<ref>

</ref> यथोचित रूप से आधुनिक मूल्य के काफी करीब। इसमें क्षय द्वारा उत्पादित [[क्सीनन]] के खनिजों में एकाग्रता का पता लगाना शामिल था।

1956 में, कमजोर अंतःक्रियाओं की V-A प्रकृति स्थापित होने के बाद, यह स्पष्ट हो गया कि न्यूट्रिनोलेस डबल बीटा क्षय का आधा जीवन सामान्य डबल बीटा क्षय से काफी अधिक होगा। 1960-1970 के दशक में प्रयोगात्मक तकनीकों में महत्वपूर्ण प्रगति के बावजूद, 1980 के दशक तक प्रयोगशाला में दोहरा बीटा क्षय नहीं देखा गया था। प्रयोग केवल आधे जीवन के लिए निचली सीमा स्थापित करने में सक्षम थे - लगभग {{10^|21}} वर्ष। उसी समय, भू-रासायनिक प्रयोगों ने {{SimpleNuclide|link=yes|Selenium|82}} से {{SimpleNuclide|link=yes|Tellurium|128}} के दोहरे बीटा क्षय का पता लगाया।<ref name="Barabash2011" />

दोहरा बीटा क्षय पहली बार 1987 में {{SimpleNuclide|link=yes|Selenium|82}} में कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, इरविन में [[माइकल मो]] के समूह द्वारा एक प्रयोगशाला में देखा गया था। <ref>

तब से, कई प्रयोगों ने अन्य समस्थानिकों में सामान्य दोहरा बीटा क्षय देखा है। उन प्रयोगों में से किसी ने भी न्यूट्रिनोलेस प्रक्रिया के लिए सकारात्मक परिणाम नहीं दिए हैं, जिससे आधे जीवन की निचली सीमा लगभग {{10^|25}} वर्ष हो गई है। 1990 के दशक के दौरान भू-रासायनिक प्रयोग जारी रहे, जिससे कई समस्थानिकों के लिए सकारात्मक परिणाम प्राप्त हुए।<ref name="Barabash2011" />दोहरा बीटा क्षय दुर्लभ ज्ञात प्रकार का रेडियोधर्मी क्षय है; 2019 तक यह केवल 14 समस्थानिकों में देखा गया है ( [[डबल इलेक्ट्रॉन कैप्चर|{{SimpleNuclide|link=yes|Barium|130}}]] में [[डबल इलेक्ट्रॉन कैप्चर|दोहरा इलेक्ट्रॉन कैप्चर]] सहित {{SimpleNuclide|link=yes|Barium|130}} 2001,{{SimpleNuclide|link=yes|Krypton|78}} में देखा गया, 2013 और {{SimpleNuclide|link=yes|Xenon|124}} में मनाया गया, 2019 में देखा गया), और सभी का जीवनकाल औसत {{10^|18}} वर्ष अधिक है।<ref name="Barabash2011" />

== साधारण दोहरा बीटा क्षय ==

एक विशिष्ट दोहरे बीटा क्षय में, नाभिक में दो न्यूट्रॉन प्रोटॉन में परिवर्तित हो जाते हैं, और दो इलेक्ट्रॉन और दो [[इलेक्ट्रॉन एंटीन्यूट्रिनो]] उत्सर्जित होते हैं। प्रक्रिया को एक साथ दो [[बीटा माइनस क्षय]] के रूप में सोचा जा सकता है। (डबल) बीटा क्षय संभव होने के लिए, अंतिम नाभिक में मूल नाभिक की तुलना में अधिक बाध्यकारी ऊर्जा होनी चाहिए। कुछ नाभिकों के लिए, जैसे [[जर्मेनियम-76]], [[आइसोबार (न्यूक्लाइड)]] एक परमाणु संख्या अधिक ([[आर्सेनिक - 76]]) में एक छोटी बाध्यकारी ऊर्जा होती है, जो एकल बीटा क्षय को रोकती है। हालांकि, परमाणु संख्या दो उच्च, [[सेलेनियम -76]] के साथ आइसोबार में एक बड़ी बाध्यकारी ऊर्जा होती है, इसलिए दोहरा बीटा क्षय की अनुमति है।

कुछ नाभिकों के लिए, प्रक्रिया दो प्रोटॉन के न्यूट्रॉन में रूपांतरण के रूप में होती है, दो इलेक्ट्रॉन न्यूट्रिनो का उत्सर्जन करती है और दो कक्षीय इलेक्ट्रॉनों (दोहरा इलेक्ट्रॉन कैप्चर) को अवशोषित करती है। यदि मूल और डॉटर परमाणुओं के बीच द्रव्यमान का अंतर 1.022 MeV/''c''² (दो इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान) से अधिक है, तो एक और क्षय सुलभ है, एक कक्षीय इलेक्ट्रॉन का कब्जा और एक पॉज़िट्रॉन का उत्सर्जन। जब द्रव्यमान का अंतर 2.044 MeV/''c''² (चार इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान) से अधिक होता है, तो दो पॉज़िट्रॉन का उत्सर्जन संभव है।। इन सैद्धांतिक क्षय शाखाओं को नहीं देखा गया है।

=== ज्ञात दोहरा बीटा क्षय समस्थानिक ===

दोहरे बीटा क्षय में सक्षम 35 प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले समस्थानिक हैं।<ref name="Tretyak2002"/>व्यवहार में, क्षय तब देखा जा सकता है जब ऊर्जा संरक्षण द्वारा एकल बीटा क्षय को प्रतिबंधित किया जाता है। यह एक [[सम और विषम परमाणु नाभिक]] वाले तत्वों के लिए होता है, जो [[स्पिन (भौतिकी)]] -युग्मन के कारण अधिक स्थिर होते हैं। जब एकल बीटा क्षय या अल्फा क्षय भी होता है, तो दोहरा बीटा क्षय दर आम तौर पर देखने के लिए बहुत कम होती है। हालाँकि, दोहरा बीटा का क्षय {{SimpleNuclide|link=yes|Uranium|238}} (एक अल्फा उत्सर्जक भी) को रेडियोरासायनिक रूप से मापा गया है। दो अन्य न्यूक्लाइड जिनमें दोहरा बीटा क्षय देखा गया है, {{SimpleNuclide|link=yes|Calcium|48}} और {{SimpleNuclide|link=yes|Zirconium|96}}, सैद्धांतिक रूप से एकल बीटा क्षय भी हो सकता है, लेकिन यह क्षय अत्यधिक दबा हुआ है और कभी नहीं देखा गया है।

प्रायोगिक तौर पर चौदह समस्थानिकों को दो-न्यूट्रिनो दोहरा बीटा क्षय (β^-बी^-) या दोहरा इलेक्ट्रॉन कैप्चर (ईई)।<ref name="Patrignani2016">{{Cite journal

  }} See p. 768</ref> नीचे दी गई तालिका में दिसंबर 2016 तक नवीनतम प्रयोगात्मक रूप से मापे गए अर्ध-जीवन वाले न्यूक्लाइड शामिल हैं, को छोड़कर ¹²⁴Xe (जिसके लिए पहली बार 2019 में दोहरा इलेक्ट्रॉन कैप्चर देखा गया था)। जहाँ दो अनिश्चितताएँ निर्दिष्ट हैं, पहली सांख्यिकीय अनिश्चितता है और दूसरी व्यवस्थित है।

!Nuclide!!Half-life, 10²¹ years

!Mode!!Transition!!Method!!Experiment

|''β^–β^–''|| || direct || [[Neutrino Ettore Majorana Observatory|NEMO-3]]<ref>{{Cite journal

| || direct || [[GERDA]]<ref name=Patrignani2016/>

| || direct || [[Baksan Neutrino Observatory|BAKSAN]]<ref name=Patrignani2016/>

| || direct || NEMO-3<ref name=Patrignani2016/>

| || direct || NEMO-3<ref name=Patrignani2016/>

| || rowspan=2 | direct || NEMO-3<ref name=Patrignani2016/>

| 0⁺→ 0⁺₁ || Ge coincidence<ref name=Patrignani2016/>

| || direct || NEMO-3<ref name=Patrignani2016/><br/> ELEGANT IV<ref name=Patrignani2016/>

| || geochemical || <ref name=Patrignani2016/>

| || direct || [[CUORE|CUORE-0]]<ref>{{Cite journal

| || direct || [[XENON|XENON1T]]<ref name=xenon1T>{{cite journal  |date=2019 |title=Observation of two-neutrino double electron capture in ¹²⁴Xe with XENON1T |journal=Nature |volume=568 |issue=7753 |pages=532–535 |doi=10.1038/s41586-019-1124-4|arxiv=1904.11002 |last1=Aprile |first1=E. |last2=Aalbers |first2=J. |last3=Agostini |first3=F. |last4=Alfonsi |first4=M. |last5=Althueser |first5=L. |last6=Amaro |first6=F. D. |last7=Anthony |first7=M. |last8=Antochi |first8=V. C. |last9=Arneodo |first9=F. |last10=Baudis |first10=L. |last11=Bauermeister |first11=B. |last12=Benabderrahmane |first12=M. L. |last13=Berger |first13=T. |last14=Breur |first14=P. A. |last15=Brown |first15=A. |last16=Brown |first16=A. |last17=Brown |first17=E. |last18=Bruenner |first18=S. |last19=Bruno |first19=G. |last20=Budnik |first20=R. |last21=Capelli |first21=C. |last22=Cardoso |first22=J. M. R. |last23=Cichon |first23=D. |last24=Coderre |first24=D. |last25=Colijn |first25=A. P. |last26=Conrad |first26=J. |last27=Cussonneau |first27=J. P. |last28=Decowski |first28=M. P. |last29=de Perio |first29=P. |last30=Di Gangi |first30=P. |pmid=31019319 |bibcode=2019Natur.568..532X |s2cid=129948831 |display-authors=1 }}</ref>

| || direct || [[Enriched Xenon Observatory|EXO-200]]<ref name=Patrignani2016/>

| || geochemical || <ref>{{cite journal |author=A. P. Meshik |author2=C. M. Hohenberg |author3=O. V. Pravdivtseva |author4=Ya. S. Kapusta |year=2001 |title=Weak decay of ¹³⁰Ba and ¹³²Ba: Geochemical measurements |journal=[[Physical Review C]] |volume=64 |issue=3 |pages=035205 [6 pages]  |doi=10.1103/PhysRevC.64.035205|bibcode = 2001PhRvC..64c5205M |url=https://zenodo.org/record/1063702 }}</ref><ref>{{cite journal |author=M. Pujol |author2=B. Marty |author3=P. Burnard |author4=P. Philippot |year=2009|title=Xenon in Archean barite: Weak decay of ¹³⁰Ba, mass-dependent isotopic fractionation and implication for barite formation |journal=[[Geochimica et Cosmochimica Acta]] |volume=73|issue=22 |pages=6834–6846 |doi=10.1016/j.gca.2009.08.002|bibcode = 2009GeCoA..73.6834P }}</ref>

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समस्थानिकों में दोहरे बीटा क्षय की खोज जो महत्वपूर्ण रूप से अधिक प्रायोगिक चुनौतियाँ पेश करती हैं। ऐसा ही एक आइसोटोप है {{SimpleNuclide|link=yes|Xenon|134}}.<ref>{{cite journal|arxiv=1704.05042|title=Searches for Double Beta Decay of ¹³⁴Xe with EXO-200|collaboration=EXO-200 Collaboration|first1=J. B.|last1=Albert|s2cid=28537166|display-authors=etal|date=3 November 2017|journal=Physical Review D|volume=96|issue=9|pages=092001|doi=10.1103/PhysRevD.96.092001|bibcode=2017PhRvD..96i2001A}}</ref>

ए ≤ 260 के साथ निम्नलिखित ज्ञात बीटा-स्थिर (या लगभग बीटा-स्थिर) न्यूक्लाइड्स सैद्धांतिक रूप से दोहरे बीटा क्षय के लिए सक्षम हैं, जहां लाल समस्थानिक हैं जिनकी दोहरी-बीटा दर को प्रयोगात्मक रूप से मापा जाता है और काला अभी तक प्रयोगात्मक रूप से मापा नहीं गया है: ⁴⁶जैसा, {{color|red|⁴⁸Ca}}, <sup>70 जेएन, {{color|red|⁷⁶Ge}}, ⁸⁰से, {{color|red|⁸²Se}}, <sup>86</सुप>क्र, ⁹⁴जेडआर, {{color|red|⁹⁶Zr}}, ⁹⁸मो, {{color|red|¹⁰⁰Mo}}, ¹⁰⁴रु, ¹¹⁰पीडी, ¹¹⁴सीडी, {{color|red|¹¹⁶Cd}}, ¹²²सं., ¹²⁴सं., {{color|red|¹²⁸Te}}, {{color|red|¹³⁰Te}}, ¹³⁴वाहन, {{color|red|¹³⁶Xe}}, ¹⁴²क्या, ¹⁴⁶एनडी, ¹⁴⁸एनडी, {{color|red|¹⁵⁰Nd}}, ¹⁵⁴एसएम, ¹⁶⁰जीडी, ¹⁷⁰एर, ¹⁷⁶यब, ¹⁸⁶डब्ल्यू, ¹⁹²द, ¹⁹⁸पीटीटी, ²⁰⁴पारा, ²¹⁶द्वारा, ²²⁰आरएन, ²²²आरएन, ²²⁶ रा, ²³²थ, {{color|red|²³⁸U}}, ²⁴⁴पु, ²⁴⁸सेमी, ²⁵⁴सीएफ, ²⁵⁶सीएफ, और ²⁶⁰एफएम।<ref name="Tretyak2002">{{Cite journal