Neutrinoloser Doppelter Beta Zerfall

HalloMoinMoin · Gast

Moin,

Ich frage mich derzeit, warum die potentielle Existenz des doppelten neutrinolosem Beta-Zerfall voraussetzt, dass Neutrinos ihre eigenen Antiteilchen sind. Also es geht um den Prozess:

n+n->p+p+2e (wobei die 2 produzierten Anti-Neutrinos virtuell bleiben, wenn man das so sagen kann)

Bei Wikipedia bin ich dazu auf folgendes gestoßen:

"If the nature of the neutrinos is Majorana, then they can be emitted and absorbed in the same process without showing up in the corresponding final state. As Dirac particles, both the neutrinos produced by the decay of the W bosons would be emitted, and not absorbed after."

Wodruch kommt dieses unterschiedliche Verhalten von Majorana und Dirac-Fermionen bzgl. des "Final States" zustande?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18078

Im normalen doppelten beta-Zerfall hast du zeitgleich zwei Zerfälle zweier d-Quarks in u-Quarks sowie virtuelle W-minus-Bosonen, die ihrerseits wieder jeweils in ein Elektron plus ein Elektron- Anti neutrino zerfallen; die Pfeilorientierung der einzelnen Fermionen läuft durch.

Das W- kann aber nach dem Standardmodell nicht in ein Elektron plus ein Elektron-Neutrino zerfallen (letzteres würde aus einem W+ resultieren, das in ein Positron plus ein Elektron-Neutrino zerfällt).

Im neutrinolosen doppelten beta-Zerfall sieht ein W- Zerfall dagegen so aus, als ob tatsächlich ein Elektron-Neutrino entstünde; die Pfeilorientierung müsste sich an diesem Vertex umdrehen und würde nicht mehr durch das gesamte Diagramm konsistent durchlaufen; um daraus einen konsistenten Zerfall zu erhalten, muss man die Pfeilorientierung weglassen, d.h. Neutrino und Antineutrino wären identisch bzw. ihre eigenen Antiteilchen.

Damit würde das in einem Zerfall entstehende Elektron-Antineutrino beim anderen Zerfall als Elektron-Neutrino fungieren. Ein Wechsel von Teilchen zu Antiteilchen = ein Umdrehen der Pfeilorientierung ist jedoch verboten - außer wenn eben Teilchen und Antiteilchen ohnehin identisch wären (das ist z.B. beim Photon der Fall)

Mathematisch beschreibt man ein massenhaftestes Neutrino mittels eines sogenannten Dirac-Spinors. Im Falle masseloser Neutrinos gäbe es eine weitere Möglichkeit zur Beschreibung, den sogenannten Weyl-Spinor. Da wir allerdings aufgrund der Neutrino-Oszillationen wissen, dass Neutrinos eine Masse haben, scheidet diese Möglichkeit aus. Damit muss ein massenhaftestes Neutrino, das zugleich sein eigenes Antiteilchen ist, durch einen Majorana-Spinor beschrieben werden.

Falls also ein neutrinoloser doppelten beta-Zerfall möglich und demnach das Neutrino sein eigenes Antiteilchen wäre, hätte dies mathematische und experimentelle Konsequenzen.

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Majorana_equation

HalloMoinMoin · Gast

Vielen Dank, habs verstanden! smile