Vozbuzhdenie elektronnoy obolochki atoma v dvoynom β-raspade
- Authors: Krivoruchenko M.I1, Tyrin K.S1, Karpeshin F.F1
-
Affiliations:
- Issue: Vol 118, No 7-8 (10) (2023)
- Pages: 483-490
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0370-274X/article/view/247039
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1234567823190023
- EDN: https://elibrary.ru/XVKVUD
- ID: 247039
Cite item
Abstract
Исследуется вопрос о переходе в безнейтринном двойном β-распаде электронной оболочки атома в возбужденные состояния. Для моделирования энергетического спектра β-электронов, чувствительного к массе и майорановской природе нейтрино, вопрос имеет принципиальное значение. Зависимость полученных результатов от атомного номера указывает на определяющую роль механизма Фейнберга-Mигдала в возбуждении атомов. Нами найдены амплитуды перекрытия волновых функций электронных оболочек родительского атома и дочернего иона для одиннадцати атомов, двухнейтринный двойной β-распад которых наблюдался экспериментально. Только приблизительно в 1/4 случаев ожидается переход в основное состояние или в возбужденное состояние с наименьшей энергией, структура электронной оболочки которого наследуется от родительского атома. Переход дочернего иона в основное состояние в таких случаях сопровождается излучением фотонов ультафиолетового диапазона, что может служить дополнительной сигнатурой двойного β-распада. Средняя энергия возбуждения электронной оболочки оказывается в пределах 300-800 эВ, причем дисперсия принимает еще большие значения: от 1.7 кэВ в кальции до 15 кэВ в уране.
About the authors
M. I Krivoruchenko
Email: mikhail.krivoruchenko@itep.ru
K. S Tyrin
Email: tyrin_ks@nrcki.ru
F. F Karpeshin
Email: fkarpeshin@yandex.ru
References
- D. G. Phillips II, W. M. Snow, K. Babu et al. (Collaboration), Phys. Rep. 612, 1 (2016).
- J. Schechter and J. W. F. Valle, Phys. Rev. D 25, 2951 (1982).
- M. Hirsch, S. Kovalenko, and I. Schmidt, Phys. Lett. B 642, 106 (2006).
- S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 43, 1566 (1979).
- The GERDA Collaboration, Nature 544, 47 (2017).
- G. Anton, I. Badhrees, P. S. Barbeau et al. (EXO-200 Collaboration), Phys. Rev. Lett. 123, 161802 (2019).
- R. Arnold, C. Augier, J. D. Baker et al. (NEMO-3 Collaboration), Phys. Rev. D 89, 111101(R) (2014).
- R. Arnold, C. Augier, J. D. Baker et al. (NEMO-3 Collaboration), Phys. Rev. D 92, 072011 (2015).
- D. Q. Adams, C. Alduino, K. Alfonso et al. (CUORE Collaboration), Phys. Rev. Lett. 124, 122501 (2020).
- D. Q. Adams, C. Alduino, K. Alfonso et al. (CUORE Collaboration), Nature 604, 53 (2022).
- S. Abe, S. Asami, M. Eizuka et al. (KamLAND-Zen Collaboration), Phys. Rev. Lett. 130, 051801 (2023).
- F. Sˇimkovic, A. Faessler, V. Rodin, P. Vogel, and J. Engel, Phys. Rev. C 77, 045503 (2008).
- J. T. Suhonen, Front. Phys. 5, 55 (2017).
- Ф. Шимковиц, УФН 191, 1307 (2021)
- F. Sˇimkovic, Phys.-Uspekhi 64, 1238 (2021).
- E. L. Feinberg, J. Phys. (USSR) 4, 423 (1941).
- A. Мигдал, ЖЭТФ 11, 207 (1941).
- М. И. Криворученко, К. С. Тырин, Ф. Ф. Карпешин, Письма в ЖЭТФ 117, 887 (2023)
- M. I. Krivoruchenkoa, K. S. Tyrin, and F. F. Karpeshin, JETP Lett. 117, 884 (2023).
- I. Lindgren, Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 137-140, 59 (2004).
- D. S. Akerib, S. Alsum, H. M. Arau'jo et al. (LUX Collaboration), Phys. Rev. Lett. 122, 131301 (2019).
- E. Aprile, J. Aalbers, F. Agostini et al. (XENON Collaboration), Phys. Rev. Lett. 123, 241803 (2019).
- P. Agnes, I. F. M. Albuquerque, T. Alexander et al. (DarkSide Collaboration), Phys. Rev. Lett. 130, 101001 (2023).
- M. I. Krivoruchenko and K. S. Tyrin, Eur. Phys. J. A 56, 16 (2020).
- F. F. Karpeshin, M. B. Trzhaskovskaya, and L. F. Vitushkin, Yad. Fiz. 83, 344 (2020)
- F. F. Karpeshin, M. B. Trzhaskovskaya, and L. F. Vitushkin, Phys. At. Nucl. 83, 608 (2020).
- F. F. Karpeshin and M. B. Trzhaskovskaya, Yad. Fiz. 85, 387 (2022)
- F. F. Karpeshin and M. B. Trzhaskovskaya, Phys. At. Nucl. 85 (2020).
- F. F. Karpeshin and M. B. Trzhaskovskaya, Phys. Rev. C 107, 045502 (2023).
- L. D. Landau and E. M. Lifschitz, Quantum Mechanics:Non-relativistic Theory. Course of Theoretical Physics, 3rd ed., Pergamon, London (1977), v. 3.
- P. A. M. Dirac, Math. Proc. Cambridge Phil. Soc. 26, 376 (1930).
- C. F. von Weizs¨acker, Zeitschrift fu¨r Physik 96, 431 (1935).
- D. A. Kirzhnits, Field Theoretical Methods in Many-Body Systems, Pergamon Press, Oxford (1967), p. 394.
- E. K. U. Gross and R. M. Dreizler, Phys. Rev. А 20, 1798 (1979).
- W. Stich, E. K. U. Gross, P. Malzacher, and R. M. Dreizler, Z. Phys. A 309, 5 (1982).
- E. Clementi and C. Roetti, At. Data Nucl. Data Tables 14, 177 (1974).
- C. C. Lu, T. A. Carlson, F. B. Malik, T. C. Tucker, and C. W. Nestor, Jr., At. Data Nucl. Data Tables 3, 1 (1971).
- J. P. Desclaux, At. Data Nucl. Data Tables 12, 31l (1973).
- K.-N. Huang, M. Aoyagi, M. H. Chen, B. Grasemann, and H. Mark, At. Data Nucl. Data Tables 18, 243 (1976).
- K. G. Dyall, I. P. Grant, C. T. Johnson, F. A. Parpia, and E. P. Blummer, Comput. Phys.Commun. 55, 425 (1989).
- I. P. Grant, Relativistic Quantum Theory of Atoms and Molecules: Theory and Computation, Springer Science + Business Media, N.Y. (2007).
- I. M. Band, M. A. Listengarten, M. B. Trzhaskovskaya, and V. I. Fomichev, Computer Program Complex RAINE I-IV, Leningrad Nuclear Physics Institute Reports LNPI-289 (1976), LNPI-298 (1977), LNPI-299 (1977), and LNPI-300 (1977).
- I. M. Band, M. B. Trzhaskovskaya, C. W. Nestor Jr., P. O. Tikkanen, and S. Raman, At. Data Nucl. Data Tables 81, 1 (2002).
- A. Kramida, Yu. Ralchenko, J. Reader, and NIST ASD Team (2022), NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.10), https://physics.nist.gov/asd. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg; MD. DOI: https://doi.org/10.18434/T4W30F.
- В. С. Королюк, Н. И. Портенко, А. В. Скороход, А. Ф. Турбин, Справочник по теории вероятностей и математической статистике, Наука, M. (1985), 640 с.
- A.A. Kwiatkowski, T. Brunner, J.D. Holt, A. Chaudhuri, U. Chowdhury, M. Eibach, J.Engel, A.T. Gallant, A. Grossheim, M. Horoi, A. Lennarz, T.D. Macdonald, M.R. Pearson, B.E. Schultz, M.C. Simon, R.A. Senkov, V.V. Simon, K. Zuber, and J. Dilling, Phys. Rev. C 89, 045502 (2014).
- M. Suhonen, I. Bergstr¨om, T. Fritioff, Sz. Nagy, A. Solders, and R. Schuch, J. Instrum. 2, 06003 (2007).
- D. L. Lincoln, J.D. Holt, G. Bollen, and M. Brodeur, S. Bustabad, J. Engel, S. J. Novario, M. Redshaw, R. Ringle, and S. Schwarz, Phys. Rev. Lett. 110, 012501 (2013).
- M. Alanssari, D. Frekers, T. Eronen et al. (Collaboration), Phys. Rev. Lett. 116, 072501 (2016).
- S. Rahaman, V.-V. Elomaa, T. Eronen, J. Hakala, A. Jokinen, J. Julin, A. Kankainen, A. Saastamoinen, J. Suhonen, C. Weber, and J. Aysto, Phys. Lett. B 662, 111 (2008).
- S. Rahaman, V.-V. Elomaa, T. Eronen, J. Hakala, A. Jokinen, A. Kankainen, J. Rissanen, J. Suhonen, C. Weber, and J. Aysto, Phys. Lett. B 703, 412 (2011).
- N.D. Scielzo, S. Caldwell, G. Savard, J.A. Clark, C.M. Deibel, J. Fallis, S. Gulick, D. Lascar, A. F. Levand, G. Li, J. Mintz, E. B. Norman, K. S. Sharma, M. Sternberg, T. Sun, and J. van Schelt, Phys. Rev. C 80, 025501 (2009).
- M. Redshaw, E. Wingfield, J. McDaniel, and E.G. Myers, Phys. Rev. Lett. 98, 053003 (2007).
- V. S. Kolhinen, T. Eronen, D. Gorelov, J. Hakala, A. Jokinen, A. Kankainen, I.D. Moore, J. Rissanen, A. Saastamoinen, J. Suhonen, and J. ¨Ayst¨o, Phys. Rev. C 82, 022501 (2010).
- Table of isotopes, Ed. by R.B. Firestone, V. S. Shirley, C.M. Baglin, S.Y. Frank Chu, and J. Zipkin, Wiley-Interscience, N.Y. (1996).