Observación de ββββ\beta\beta de desintegración doble y masa de neutrino

Su declaración es incorrecta en un punto:

Regular$\beta\beta$La descomposición ocurre en la naturaleza , incluso con neutrinos dirac. Sin embargo, esto muestra la distribución continua de energía de electrones (o positrones) que uno espera de solo dos (en gran parte independientes)$\beta$decae (ver imagen abajo).

Lo interesante es que, si los neturinos son partículas de mejorana, se abre un canal de desintegración diferente: la desintegración beta doble sin neutrinos , también denotada$\beta\beta 0\nu$. En teoría, esto conduciría a un pico en el extremo superior del espectro de energía de electrones combinados, ya que ninguna partícula no observable se lleva parte de la energía de desintegración. El diagrama de Feynman se ve así

La línea interna del fermión (la que tiene$\nu_e$en él) solo se permite para partículas de majorana, ya que no llevan un número de fermiones bien definido y, por lo tanto, no tienen flechas.

Tenga en cuenta que la imagen del espectro de arriba exagera laaaaargamente el pico esperado. La desintegración doble beta es rara tal como es y la versión sin neutrinos se suprime con el$2\nu$versión. Lo que buscan los experimentos$\beta\beta 0\nu$expect , son números de eventos de un solo dígito después de años de observación.

Ahora, a su pregunta real: cuanto más pequeña es la masa del neutrino majorana, menos probable es la desintegración doble beta del neutrino menos . Por lo tanto, en el límite de masa majorana cero (por lo tanto, solo masa dirac), no tenemos$\beta\beta 0\nu$. Tenga en cuenta que esto es para neutrinos zurdos , es decir, los neutrinos que forman parte del$SU(2)_L$solo doblete. Las masas de majorana para diestros pueden ser arbitrariamente grandes sin influir en el$\beta \beta 0 \nu$.

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

Puede comparar la desintegración doble beta sin neutrinos con 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 pión tiene espín cero y está en reposo en algún marco de referencia; en ese marco de referencia, el neutrino y el leptón cargado deben tener un impulso igual y opuesto y espines opuestos, lo que resulta en tener la misma helicidad . Pero la débil corriente cargada $W^+$se acopla a partículas levógiras y antipartículas levógiras. Un leptón polarizado relativista sólo puede acoplarse al $W$si su giro va en la dirección correcta. Los neutrinos son hiperrelativistas y salen completamente a la izquierda. El $\mu$tiene bastante poca energía, por lo que su lateralidad no es muy fuerte. Pero el positrón también es fuertemente relativista, con $\gamma \approx 100$, y tiene que salir girando en sentido "incorrecto" debido a los giros del neutrino y el pión.

Tienes el mismo tipo de cosas sucediendo en neutrinoless$\beta\beta$decaimiento: uno de los neutrinos tiene que tener el espín "incorrecto", y la probabilidad es más o menos como$\gamma^2$.