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在核物理學上，雙β衰變（又稱雙重β衰變，）是一種放射性衰變，當中在原子核內的兩顆質子同時變換成兩顆中子，反之亦然。跟單β衰變一樣，這個過程能使原子更接近最優的質子中子比。作為這種變換的結果，原子核射出兩枚能被偵測的β粒子，即是電子或正電子。
雙β衰變共有兩種：“尋常”雙β衰變和“無中微子”雙β衰變。尋常雙β衰變在多種同位素中都被觀測到，過程中衰變核射出兩電子和兩反電中微子。而無中微子雙β衰變則是一項假想過程，從未曾被觀測過，過程中只會射出電子。
歷史
雙β衰變這個概念最初由瑪麗亞·格佩特-梅耶於1935年提出。埃托雷·馬約拉納於1937年證明了若中微子為其自身的反粒子，則β衰變理論的所有結果不變，因此有這種特性的粒子現在被稱為馬約拉納粒子於1939年提出若中微子為馬約拉納粒子的話，則雙β衰變能夠在不射出任何中微子的情況下進行，這個過程現在被稱為無中微子雙β衰變。現時仍未知道中微子是否馬約拉納粒子，亦未知道無中微子雙β衰變是否存在於自然之中。
弱相互作用的宇稱破缺在1930至40年代尚未被發現，因此造成了相關計算指出無中微子雙β衰變的出現率應該要比尋常雙β衰變要高得多。半衰期的預測值在1015–16年的數量級上。整個1960年代的放射性測量實驗都得出反面結果或偽正面結果，這些結果在後來的實驗都未能重現。物理學家於1950年在使用地球化學方法第一次成功量度到碲-130的雙β衰變半衰期為1.4年，與現代的測量值相當接近。
在弱相用作用的V−A性質確立的1956年後，無中微子雙β衰變的半衰期就變得很明顯地應該要比尋常β衰變要長得多。儘管實驗技巧在1960至70年代得到重大的躍進，但是雙β衰變要在1980年代才能在實驗室觀測得到。實驗只成功確立了半衰期的下限約在1021年。與此同時，地球化學實驗探測到了硒-82和碲-128的雙β衰變。自此以後，不少實驗都成功觀測到其他同位素的尋常雙β衰變。但上述實驗中沒有一個能為無中微子過程提供正面的結果，因此其半衰期下限被提高至約為1025年。地球化學實驗繼續於整個1990年代發展，在數種同位素中得出了正面的結果若單β衰變因能量守恆被禁止的話，實際上就能夠觀測到雙β衰變。質子數及中子數皆為偶數的同位素有可能有這種情況，這是因為自旋耦合所導致的較高穩定性，可由液滴模型質量公式的配對項得知。
不少同位素在理論上都能夠發生雙β衰變。在大部份会发生α衰变或单β衰变的核素中，雙β衰變實在太罕有了，以致幾乎不可能觀測到。然而，鈾-238（同時会α衰变）的雙β衰變可經由放射化學來量度。下表的鈣-48和鋯-96理論上都能出現單β衰變，但都被嚴重抑制。因此，钙-48的單β衰變從未被觀測過，而锆-96单β衰变的部分半衰期约为双β衰变的10倍长。
實驗上觀測到出現雙中微子雙β衰變或双电子捕获的同位素共有14種。下表列出它们半衰期的最新數據：
{| class="wikitable" style="width:90%; text-align:center;"
!核素!!半衰期（1021年）!!衰变方式!!變化!!方法!!實驗
|-
|鈣-48||0.064||β−β−|| || 直接 || NEMO-3
|-
|鍺-76|| 1.926±0.094 ||β−β−|| || 直接 || GERDA
|-
| 氙-136 || 2.165 ± 0.016 ± 0.059 ||β−β−|| || 直接 || EXO-200
|-
| 釹-150 || 0.00911 ± 0.00063 ||β−β−|| || 直接 || NEMO-3。
這個過程的深層意義從“黑箱定理”而來，即是說觀測到無中微子雙β衰變代表最少一個中微子是馬約拉納粒子，與這個過程是否由中微子交換所產生無關。
狀態
雖然早期實驗聲稱發現了無中微子雙β衰變，但是現代搜索找不到衰变的迹象。
海德堡-莫斯科爭議
海德堡-莫斯科協作研究組織最初發表了鍺-76內無中微子雙β衰變的極限這個聲稱飽受組織外物理學家和組織內其他成員的批評。同樣的作者在2006年發表了較深入的估計值，指出半衰期為2.3年。此半衰期已被精度更高的实验否决，如。
現時結果
，探測鍺-76无中微子双β衰变的GERDA实验显示的其部分半衰期下限為1.8年。此外，实验测出的碲-130部分半衰期下限为3.5年，EXO-200得到的氙-136部分半衰期下限则同为3.5年。
参阅
- β衰变
- 中微子
- 粒子輻射
- 放射性同位素
注释
參考資料
外部連結
- [http://xstructure.inr.ac.ru/x-bin/theme3.py?level=2&index1=-202525 arxiv.org上的雙β衰變]
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