بررسی واپاشی دو بتایی

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                      صفحه

فصل اول: مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………… 2

فصل دوم: واپاشی تک بتایی

2- 1 تاریخچه نوترینو…………………………………………………………………………………………………………… 5

2-1- 1 انواع واپاشی …………………………………………………………………………………………………. 5

2-1-2 مدل استاندارد نوترینو……………………………………………………………………………………….. 9

2-1-3 جرم نوترینو …………………………………………………………………………………………………….. 10

2-1-4 پیشنهاد مایورانا………………………………………………………………………………………………… 11

2-1-5 بررسی اختلافات……………………………………………………………………………………………… 11

2-2 نوسانات نوترینویی………………………………………………………………………………………………………. 12

2-2-1 نوترینوهای خورشیدی…………………………………………………………………………………….. 14

2-2-2 مسئله نوترینوی خورشیدی……………………………………………………………………………. 17

2-2-3 نوترینوهای اتمسفری………………………………………………………………………………………. 19

2-3 شکل طیف بتا و نیمه عمر………………………………………………………………………………………… 20

2-3-1فضای فاز فرایندهای دو سه جسمی……………………………………………………………….. 20

2-3-2 شکل طیف بتا………………………………………………………………………………………………….. 23

 

عنوان                                                                                                                      صفحه

2-3-3 نیمه عمر کل در واپاشی بتایی………………………………………………………………………. 25

2-4 رده بندی در واپاشی بتایی………………………………………………………………………………………… 27

2-4-1 برهم کنش ضعیف مدل غیر نسبیتی بدون اسپینی……………………………………. 27

2-4-2 معرفی اسپین ذاتی…………………………………………………………………………………………. 30

2-4-3 گذارهای فرمی و گاموف-تلر…………………………………………………………………………… 30

2-4-4 فرآیند تسخیر الکترونی…………………………………………………………………………………… 31

2-4-5 فرایند بتای معکوس………………………………………………………………………………………… 32

فصل سوم: واپاشی دوبتایی

3-1 واپاشی دوبتایی……………………………………………………………………………………………………………. 35

3-1-1 مدهای واپاشی دوبتایی……………………………………………………………………………………. 36

3-1-2 هسته های واجد شرایط واپاشی دوبتایی………………………………………………………. 38

3-1-3 واپاشی های حالت برانگیخته………………………………………………………………………….. 39

3-2 میزان واپاشی دوبتایی دو نوترینویی………………………………………………………………………….. 41

3-3میزان واپاشی دوبتایی بدون نوترینویی………………………………………………………………………. 43

3-4عناصر ماتریس هسته ای…………………………………………………………………………………………….. 45

3-4-1 روش محاسبه  …………………………………………………………………………………….. 46

3-5 جرم موثر مایورانا………………………………………………………………………………………………………… 49

3-5-1 سلسله مراتب جرم های نوترینو……………………………………………………………………… 51

3-5-2 سلسله مراتب معکوس جرم های نوترینو………………………………………………………. 52

3-5-3 طیف جرمی نوترینوی شبه تبهگن………………………………………………………………… 53

عنوان                                                                                                                      صفحه

فصل چهارم: روشهای آزمایشی و چیدمان واپاشی دو بتایی

4-1 اندازه گیری های پیشین……………………………………………………………………………………………. 56

4-2 روش آزمایشی…………………………………………………………………………………………………………….. 58

4-2-1 آشکا سازی اشعه  …………………………………………………………………………………………. 59

4-2-2 منبع واپاشی دو بتایی……………………………………………………………………………………… 60

4-2-3 سپر غیر فعال…………………………………………………………………………………………………… 60

4-2-4 سپر فعال………………………………………………………………………………………………………….. 61

4-2-5 تجهیزات تحقیقات زیر زمینی ………………………………………………….. 62

4-2-6 الکترونیک…………………………………………………………………………………………………………. 64

4-3 آزمایش NEMO-3……………………………………………………………………………………………………… 66

فصل پنجم: عناصر ماتریسی و نیمه عمرها

5-1 عناصر ماتریس هسته ای…………………………………………………………………………………………… 71

5-1-1 همبستگی کوتاه برد………………………………………………………………………………………… 72

5-2 مقدارهای نیمه عمر واپاشی………………………………………………………………………………………. 76

5-3 مقدارهای نیمه عمر واپاشی برای مدهای دیگر واپاشی دوبتایی بدون نوترینو……… 82

5-4 بررسی رفتار متفاوت عناصر ماتریس  و …………………………………………….. 89

فصل ششم: نتایج…………………………………………………………………………………………………………………….. 95

 

فهرست منابع……………………………………………………………………………………………………………………………. 97

 

 

فهرست جدول ها

عنوان                                                                                                                      صفحه

جدول (2-1) خلاصه ای از جرم ذرات بنیادی در مدل استاندارد………………………………………… 10

جدول (2-2) نسبت شارنوترینوی اندازه گیری شده به شار نوترینوی پیش بینی شده

 توسط مدل استانداردخورشیدی………………………………………………………………………………………………. 15

جدول (2-3) ثابت های قدرت…………………………………………………………………………………………………. 27

جدول(3-1)داوطلبان واپاشی……………………………………………………………………………………………………. 38

جدول (4-1) ایزوتوپ های بررسی شده توسط NEMO-3……………………………………………………. 67

جدول (4-2) نیمه عمر واپاشی دوبتایی هسته های مختلف در آزمایش  NEMO-3…………. 69

جدول (5-1) مقدارهای NSM عناصر ماتریس هسته ای واپاشی …………………………….. 74

جدول (5-2) مقدارهای QRPA عناصر ماتریس هسته ای واپاشی  …………………………. 75

جدول (5-3) مقدارهای NME محاسبه شده در چهارچوب QRPA

 توسط گروه Jyvaskyl………………………………………………………………………………………………………………. 75

جدول (5-4) بهترین نتایج ارائه شده برای واپاشی ……………………………………………………. 77

جدول (5-5) مقدارهای میانگین نیمه عمر واپاشی …………………………………………………… 77

جدول (5-6) بهترین محدوده های موجود گذار  به حالت برانگیخته ………………… 79

عنوان                                                                                                                      صفحه

جدول (5-7) بهترین نتایج و محدوده های موجود گذار

به حالت برانگیخته ……………………………………………………………………………………………………………….. 79

جدول (5-8) نتایج مثبت موجود واپاشی  هسته  به اولین حالت

برانگیخته  هسته ………………………………………………………………………………………………………. 80

جدول (5-9) بهترین محدوده های موجود گذار  به حالت برانگیخته ………………… 80

جدول (5-10)  بهترین محدوده های موجود گذار به حالت برانگیخته ……………… 81

جدول (5-11) مهم ترین نتایج آزمایشی برای فرایند ECEC……………………………………………….. 84

جدول (5-12) مهم ترین نتایج آزمایشی برای فرایند  …………………………………………….. 84

جدول (5-13) مهم ترین نتایج آزمایشی برای فرایند  . Q…………………………………………… 85

جدول (5-14)  بهترین محدوده های موجود گذار  به حالت برانگیخته

برای ایزوتوپ های داوطلب با احتمال افزایش رزونانس…………………………………………………………… 86

جدول (5-15)  و  برای برخی از هسته ها……………………………………………………………… 91

جدول (5-16) عناصر ماتریس   برای برخی از هسته ها…………………………………………… 92

جدول (1-6) جرم موثر مایورانا در سه طیف جرمی………………………………………………………………. 95

فهرست شکل ها

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل (2-1) مقایسه بسط فضای فاز کلاسیکی و مکانیک کوانتومی

 برای حرکت ذره تک بعد………………………………………………………………………………………………………….. 21

شکل (2-2) توزیع های انرژی وتکانه الکترون در واپاشی بتا…………………………………………………. 24

شکل (2-3) نمودار فرمی-کوری برای واپاشی  به ………………………………………………… 25

شکل(3-1) وابستگی جرم به عدد اتمی………………………………………………………………………………….. 36

شکل (3-2) طرح واپاشی دوبتایی به حالت برانگیخته وتابش متعاقب آن…………………………… 40

شکل (3-3) نموداری برای واپاشی  در مکانیسمدو-نوکلئونی…………………………………….. 41

شکل (3-4) سطح انرژی های فرایند واپاشی دو بتایی از هسته

به هسته ……………………………………………………………………………………………………………………… 41

شکل (3-5) نمودار  واپاشی  در مکانیسم دو-نوکلئونی………………………………………………. 43

شکل (3-6) جرم موثر مایورانا برای طیف جرم معمولی و معکوس به عنوان

تابعی ازحداقل جرم نوترینو……………………………………………………………………………………………………….. 54

شکل (4-1) طرحی از سطح واپاشی دوبتایی  به حالت های برانگیخته …….. 57

شکل(4-2) آشکارسازهای HPGe و اجزاء وابسته به آنها………………………………………………………. 62

شکل (4-3) چشم اندازی از چیدمان واپاشی دوبتایی از درب کانکس تریلر……………………….. 62

شکل (4-4) نمودا الکترونیک ها برای همرویدادی اولیه بین آشکارسازهای …………… 65

شکل (4-5) آشکارساز NEMO-3…………………………………………………………………………………………….. 66

 

عنوان                                                                                                                      صفحه

شکل (4-6) جمع طیف انرژی دو الکترون،توزیع زاویه ای دو الکترون

 و طیف تک انرژی تک الکترون ها،‌ بعد از کاهش تابش زمینه از ……………………………. 68

شکل (4-7) جمع طیف انرژی دو الکترون بعد از کاهش تابش زمینه از ………………….. 68

شکل (4-8) توزیع جمع انرژی دو الکترون برای  و ………………………………………… 69

شکل (5-1) عناصر ماتریس هسته ای  برای هسته های داوطلب واپاشی………………….. 71

شکل (5-2) عناصر ماتریس هسته ای  به روش های مختلف……………………………………. 72

شکل (5-3) عناصر ماتریس هسته ای  با در نظر گرفتن

 همیستگی کوتاه برد UCOM……………………………………………………………………………………………………. 72

شکل (5-4) عناصر ماتریس هسته ای  با در نظر گرفتن

همیستگی کوتاه برد Jastrow………………………………………………………………………………………………….. 73

شکل (5-5) وابستگی شعاعی  در هسته  با در نظر گرفتن

همبستگی های کوتاه برد مختلف……………………………………………………………………………………………… 74

شکل (5-6) وابستگی شعاعی به  برای سه هسته……………………………………………………… 87

شکل (5-7) وابستگی شعاعی  به برای هستههایی با استفاده

از مدل پوسته ای………………………………………………………………………………………………………………………… 88

شکل (5-8) وابستگی شعاعی  با استفاده از  متفاوت………………………………………………. 88

شکل (5-9) سهم های چند قطبی های مختلف در  و کل……………………………. 89

شکل (5-10)  مقایسه و ………………………………………………………………………………. 90

شکل (5-11) پتانسیل نوترینو…………………………………………………………………………………………………. 91

شکل(5-12) عناصر ماتریس در تقریبی به عنوان تابعی از انرژی

 برانگیختگی میانگین………………………………………………………………………………………………………………….. 92

شکل (5-13)  هسته   با 3/2 ………………………………………………………………….. 93

.