雙β衰變

佇核物理學上，雙 β 衰變（講雙重 β 衰變，英語：double beta decay）是一種放射性衰變，當中佇原子核內的兩粒質子仝時變換兩粒中子，反之亦然。佮單 β 衰變仝款，這个過程能是原子閣較接近上優的質子中子比。做這種變換的結果，原子核射出兩枚能被偵測的 β 粒子，雖罔講電子抑是講正電子。

雙 β 衰變共有兩種：「 這是定定」雙 β 衰變和「無微中子」雙 β 衰變。這是雙 β 衰變佇咧濟種同位素內底攏予觀測著，過程中衰變核射出兩電子佮兩反電微中子。煞無微中子雙 β 衰變則是一項假想過程，毋捌予觀測過，過程中干焦會曉射出電子。

歷史

雙 β 衰變這个概念頭仔由瑪麗亞 ・ 格佩特-梅呢佇一九三五年提出。埃托雷 ・ 馬約搝靠佇一九三七年證明矣若微著囝為其家己的反粒子，著 β 衰變理論的所有結果無變，所以有這款特性的粒仔這馬予人號做馬約搝粒子溫德爾 ・ 被里佇一九三九年提出若微微仔是馬約拉納粒子的話，則雙 β 衰變會當佇無射出任何微中子的情況下進行，這个過程這馬共人稱做無微中子雙 β 衰變。現時猶未知影微中子是毋是馬約拉納粒子，亦未知影無微中子雙 β 衰變敢有自然中間。

弱交互作用的宇稱破缺佇一千九百三十至四空年代猶未予人發現，所以造成相關計算指出無微中子雙 β 衰變的出現率應該愛比尋常雙 β 衰變欲懸甲濟。半衰期的預測值佇一千空一十五–一六年的數量級上。早佇一九四八年，愛德華 ・ 法厄曼在用蓋革計數器直接量度錫-一百二十四的半衰期的時就頭一擺試看覓佇咧實驗中觀測這个過程。一个一九六空年代的放射性測量實驗攏愛出反面結果抑是偽正面結果，遮的結果佇後來的實驗攏無法度重現。物理學家佇一九五空年使用地球化學方法頭一改成功量度到崩去-一百三十的雙 β 衰變半衰期做一爿四 × 一零二一年，佮現代的測量不止仔接近。

弱相用作用的 V−A 性質確立的一九五六年後，無微中子雙 β 衰變的半衰期就變甲足明顯的應該愛比四常 β 衰變欲生濟。就算講實驗技巧佇咧一千九百六十至七空年代得著重大的一直進步，但是雙 β 衰變愛佇一九八空年代才會當佇實驗室觀測會著。實驗只成功確立了半衰期的下限約是一百空二一年。佮這个同時，地球化學實驗探測到甲固定-八十二佮瑛-一百二十八的雙 β 衰變。

上早是佇咧實驗室成功觀測著雙 β 衰變的是加州大學爾灣分校邁克爾 ・ 不要它（Michael Moe）的團隊，𪜶佇一九八七年到分-八十二的這个過程。自此以後，袂少實驗攏成功觀測著其他仝位素的尋常雙 β 衰變。但是咧講實驗內底無一个會當替無微中子提供正面的結果，所以其半衰期下限被提懸至少為一零二五年。地球化學實驗繼續佇整個一九九空年代發展，佇咧數種仝位素內底會當出著正面的結果。雙 β 衰變是已知影放射性衰變中落尾：至二空一二年為止干焦佇十二種同位素中觀測著這个過程（包括二空空一年所觀測著鼻-一百三十的雙電子掠著）， 所有爾知影雙 β 衰變過程平均壽命攏在一零一八年以上（見下表）。

這是雙 β 衰變

佇雙 β 衰變中，原子核內的兩中子變換做質子，並且射出兩電子佮兩電微中子。這个過程會當予人看做兩改負 β 衰變的總和。愛使（雙）β 衰變變甲可行，衰變所產生原子核的束縛能著愛比原來的大。著某一寡像講答應-七十六的原子核來講，原子數懸一的原子核有對較低的束縛能，因此阻止了 β 衰變的發生。毋過，原子數高二的原子核（ua-sá-bih-七十六）則有比較大的束縛能，所以會當發生雙 β 衰變。

對某一寡原子來講，這个過程共兩个質子轉做中子，射出兩電子微中子並吸收兩軌道電子（雙電子掠著）。 若衰變物佮衰變產物的原子質量差超過一分空二二  MeV / c 二（電子質量的兩倍）的話，閣會使發生另外一衰變，掠著一軌道電子閣射出一正電子。當質量差超過二孵空四四  MeV / c 二（電子質量的四倍）時，會當射出兩正電子。毋過遮的理論衰變化閣猶未予觀測著。

已知雙 β 衰變仝位素

能發生雙 β 衰變的自然產生同位素共有三十五種。若單 β 衰變因能量守恆予人禁止的話，實際上就會當觀測著雙 β 衰變。質子數佮中子數攏是偶數的同位素有可能有這種情形，這就是因為自旋被所致使著的較懸穩定性，會當由液滴模型質量公式的配對項得知。

袂少仝位素佇咧理論上攏會當發生雙 β 衰變。大部份的個案內底，雙 β 衰變實在太罕有囉，致使差不多無可能對背景輻射下觀測著。毋過，鈾-兩百三十八（同時是 α 射線發射體）的雙 β 衰變會當經過囥射化學來量。落去鈣-四十八佮曲-九十六理論攏會當出現單 β 衰變，但是攏予人嚴重壓制，毋捌予觀測過。

實驗上觀測著雙微中子雙 β 衰變的同位素共有十一種。下表含有截至二空一二年十二月半衰期的最新數據。

注意：上表中兩个精差的頭一个為統計精差，毋過第二个是系統誤差。

無微中子雙 β 衰變

過程當中射出兩微中子（抑是反微中子）的叫做雙微中子雙 β 衰變。你若微中子為馬約搝粒仔（意思講反微中子佮微中子實際上是仝一種粒子）， 上少一種微中子的質量非零（已經由微中子振興實驗確立）， 是無微中子雙 β 衰變有可能發生。佇上簡單的一个論述（閣號做輕微中子交換）中，兩微中子互相煙滅，這等於核子吸收矣由另外一核子射出的微中子。

正圖內底微中子為虛粒子。最終態中干焦有兩電子，電子的總動能會大約等於原子核開始及結束時的束縛能差額（賰的是歸入原子核的後座力）。 兩電子差不多是背著背發射的。這个過程的衰變率近來若像值得著下式的所得：

$ \ Gamma=~ ~ ~ ~ { G | M | ^ { 二 } | m _ { \ beta \ beta } | ^ { 二 } } , $

其中 $ G $ 二體相空間因為，$ M $ 為核矩陣元，mββ 為電微中子的有效馬約拉納質量，由下式所得

$ m _ { \ beta \ beta }=\ sum _ { i=一 } ^ { 三 } m _ { i } U _ { ei } ^ { 二 } . $

佇這个式仔內底，mi 為微中子質量（第 i 個質量本徵態）， Uei 為輕子透濫矩陣 PMNS 矩陣的矩陣元。就按呢觀測無微中子雙 β 衰變除了是確認微中子的馬約拉納特性以外，閣會當為絕對微中子質量尺度、微中子質量級列和 PMNS 矩陣的馬約拉納相提供資訊。

這个過程的深層意義「烏箱定理」來來，也就是講觀測甲無微中子雙 β 衰變代表最少一个微中子是馬約拉納粒子，佮這个過程敢是由微微仔中子交換所產生無關係。

狀態

雖然早期實驗的聲稱發現無微中子雙 β 衰變，毋過現代搜查已經設立著進前結果不利的極限。最近論文中交趾的下限並無指出任何有關係無微中子衰變的現象。

海德堡-莫斯科的爭議

海德堡-莫斯科協作研究組織上初發表了解-七十六內沒微中子雙 β 衰變的極限。然後組織的一寡成員的聲稱𪜶佇二空空一年探測著無微中子雙 β 衰變這个聲稱飽受組織外物理學家和組織內其他成員的批評。仝款的作者佇二空空六年發表了較深入的估計值，指出半衰期為二孵三 × 一零二五年。物理學家向望精神閣較懸的濟項二空一四年實驗會當解決這項爭議。

現時結果

節甲二空一四年，ua-sá-bih-七十六探測器 GERDA 已經達到啥物款的背景，著出二十一交六  kg \ * yr 曝光的半衰期極限是二嬸一 × 一零二五年。探測器 IGEX 和 HDM 的數據是共真有限增加到三 × 一零二五年，並且佇咧高確信度之下明除了探測著的可能性。ua-sá-bih-一百三十六的探測器 Kamland-Zen 和 EXO 被二百得出的極限為二孵六 × 一零二五年。ua-sá-bih-一百三十六的結果使用了上新的核矩陣元，𪜶嘛對海德堡-莫斯科的聲稱不利。

參閱

• β 衰變
• 微中子
• 粒子輻射
• 放射性同位素

外部連結

• arxiv . org 雙 β 衰變