Doppio decadimento beta

Il doppio decadimento beta, o decadimento doppio beta,^[1][2] (simbolo ββ o 2β) è un decadimento radioattivo molto raro^[3] in cui un nucleo atomico decade in un altro attraverso la trasformazione simultanea di due neutroni del suo nucleo in due protoni, oppure viceversa.^[4] Come per i decadimenti beta singoli, il numero di massa viene in tal modo conservato. L'idea della possibilità di questo decadimento fu proposta dalla fisica Maria Goeppert-Mayer nel 1935. Dopo vari tentativi nel corso degli anni il processo fu osservato per la prima volta con sufficiente certezza nel 1987 nel nuclide ⁸²Se che in tal modo si trasforma in ⁸²Kr.^[5]

Questa trasformazione nucleare è tra le più rare che si conoscano, è stata riscontrata in circa una ventina di nuclidi diversi e inoltre in questi casi si osservano vite medie che vanno da ~10¹⁸ anni a ~10²² – 10²⁴ anni^[2][6][7] (per confronto, l'età stimata dell'Universo è dell'ordine di ~10¹⁰ anni).

In ogni doppio decadimento beta normale, che nel Modello standard è un processo permesso, ma del secondo ordine,^[4] la trasformazione nucleare è sempre accompagnata dall'emissione di due (anti-)neutrini. Basandosi sull'ipotesi di una natura differente del neutrino (neutrino di Majorana) è stato anche ipotizzato un tipo di doppio decadimento beta in violazione della conservazione del numero leptonico,^[8] che vedrebbe realizzata la stessa trasformazione nucleare già vista, senza però l'emissione di neutrini, detto «doppio decadimento beta senza neutrini» (vide infra).^[9]