ある要素を別の要素（通常はもちろん金）に変換することは、当時の錬金術師にとって、熱狂した夢と空想的な想像力の産物でした。自然は私たちからの助けなしにいつもそれをしていることがわかります-通常は金にはなりませんが。
放射能と呼ばれるこの自然の錬金術は、要素が崩壊し、そうすることで別の要素に変形するときに起こります。
最も稀な崩壊のいくつかを研究することにより、物理学の最も基本的ないくつかのヒントを得ることができます-物理学は非常に基本的であり、それは私たちの現在の理解を超えているかもしれません。
これらのとらえどころのない放射性崩壊の1つは実際には見られたことはありませんが、物理学者は 本当に それを見つけたいと思っています。ニュートリノのないダブルベータ崩壊と呼ばれるこのことは、放射性元素が2つの電子だけを放出することを意味します（ゴースト、電荷のない、かろうじてニュートリノと呼ばれる粒子も）。物理学者がこの崩壊を現実の世界で発見できた場合、それは物理学の基本的なルールの1つに違反し、新しいものを見つけるための競争を煽ります。
しかし、ニュートリノレスのダブルベータ崩壊のファンにとっては悪いニュースです。最近実施された実験の1つは、このプロセスのヒントを示さない最近発表された結果です。つまり、このユニコーンプロセスが発生した場合、それは信じられないほどまれです。そして、私たちが今持っている唯一の答えは、指を交差させて掘り続けることです。
放射性残り物
ニュートリノのないダブルベータ崩壊の重要性を理解するには、1世紀以上前の1800年代までさかのぼって、そもそも放射性崩壊が何であるかを理解する必要があります。彼がアルファ、ベータ、ガンマと呼んだ3つの異なる種類の崩壊があることを突き止めたのは、非常に巧妙なアーネストラザフォードでした（なぜそうでないのか）。
これらの崩壊のそれぞれが異なる種類のエネルギーの放出を引き起こし、ラザフォードはいわゆる「ベータ線」が停止する前にいくつかの金属板をかなり通り抜けることができることを発見しました。その後の実験により、これらの光線の性質が明らかになりました。それらは単なる電子でした。したがって、一部の化学元素（たとえば、セシウム）が他の元素（たとえば、バリウム）に変化し、その過程で電子を放出していました。何ができますか？
要素が何でできているか（陽子と中性子と呼ばれる小さな粒子）、陽子と中性子が何でできているか（クォークと呼ばれるより小さな粒子でさえ）、そしてこれらの実体がどのように話し合っているかを理解した後、答えはさらに数十年は来ません他の内部原子（強い核力と弱い核力）。気まぐれに、中性子はいつか陽子になることを決定し、その過程で電子（かつてはベータ線と呼ばれていた）を放出できることがわかりました。中性子が陽子に変わり、陽子の数があなたの元素の種類を決定するため、ほとんど魔法のように元素を他の元素に変換することができます。
レプトンを救う
この変換を実現するには、中性子はその内部構造を変更する必要があり、その内部構造はクォークと呼ばれる小さな文字で構成されています。特に、中性子には1つの「アップ」クォークと2つの「ダウン」クォークがありますが、陽子にはその逆（単一の「ダウン」クォークと1組の「アップ」クォーク）があります。つまり、ある種類の要素を別の種類の元素に変更し、その過程でベータ線を放射するには、これらのクォークの1つを下から上に反転させる必要があります。宇宙でそれを起こすことができる力は1つだけです。弱い核力です。 。
実際、これが弱い力のほとんどすべてです。ある種類のクォークを別の種類のクォークに変換します。つまり、弱い力がその働きをし、ダウンクォークがアップクォークになり、中性子が陽子になり、要素が別のものに変化します。
しかし、身体反応はすべてバランスについてです。例として、電荷を取る。中性子が1つあることを想像してみましょう-もちろん中性です。最後に、正に帯電した陽子を取得します。それはノーノーです、そしてそれで何かがそれをバランスさせる必要があります：負に帯電した電子。
そして、別のバランス調整が必要です。レプトンの総数は同じままでなければなりません。レプトンは、電子のようないくつかの最も小さな粒子の派手な名前であり、このバランスをとる行為の派手な用語は「レプトン数の保存」です。電荷と同様に、ストーリーの始まりと終わりのバランスをとる必要があります。この場合、ゼロのレプトンから始まり、1つで終わる：電子。
何がバランスをとっていますか？もう1つの新しい粒子が反作用で作成されます。反ニュートリノは負としてカウントされ、すべてのバランスをとります。
ニュートリノが必要なのは誰ですか？
ここにひねりがあります。ニュートリノをまったく必要としない一種のベータ崩壊があるかもしれません。しかし、それはこの非常に重要なレプトン数の保存に違反しませんか？ええ、そうです、そしてそれは素晴らしいでしょう。
2つのベータ崩壊が同時に発生することもありますが、基本的には同じ原子内で同時に発生する2つの通常のベータ崩壊です。これはそれほど興味深いことではありませんが、2つの電子と2つの反ニュートリノを吐き出します。しかし、ニュートリノを放出しない架空の二重ベータ崩壊があります。この種類は、ニュートリノがそれ自体の反粒子である場合にのみ機能します。つまり、ニュートリノと反ニュートリノはまったく同じものです。そして、粒子に関するすべての現在の知識レベルでは、ニュートリノがこのように振る舞うかどうかは正直にわかりません。
このいわゆるニュートリノのないダブルベータ崩壊の正確な内部プロセスを説明するのは少し難しいですが、反応を逃れる前に生成されたニュートリノが相互作用することを想像できます。ニュートリノがない場合、この仮想的な反応は2つの電子だけをクランクアウトし、レプトン数の保存に違反します。これは、非常に刺激的な既知の物理学を破壊します。したがって、最初のグループがノーベル賞を保証されているため、このようなことを検出するための探索が行われています。何十年にもわたって、多くの実験が運が悪くなって行ってきました。つまり、このプロセスが自然に存在する場合、それは非常にまれなことです。
珍しいですか？最近の論文では、モリブデンをベースにしたレアプロセス実験（AMoRE）の背後にあるチームが最初の結果を発表しました。この実験では、ご想像どおり、大量のモリブデンを使用してニュートリノのないダブルベータ崩壊を検索します。そして、何を推測しますか？そうです、彼らは崩壊を全く見ませんでした。彼らの実験の規模と彼らが記録している時間の長さを考えると、彼らはダブルベータ崩壊が10 ^ 23年以上の半減期で発生すると推定します。これは現在の年齢の1兆倍以上です。大宇宙。
うん、珍しい。
どういう意味ですか？これは、この方向で新しい物理学を見つけたい場合、掘り下げて、さらに多くの崩壊を観察し続ける必要があることを意味します。
ポール・M・サッター の天体物理学者です オハイオ州立大学、 たくさんの 宇宙飛行士に聞く そして 宇宙ラジオ、作者 宇宙でのあなたの場所.
