Energy Spectrum of β Electrons in Neutrinoless Double-β Decay Including the Excitation of the Electron Shell of Atoms

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Double-β decay is accompanied with a high probability by the excitation of the electron shell of the daughter atom; as a result, the energy carried away by β electrons decreases. The mean value and standard deviation of the excitation energy of the electron shell of the daughter atom in the double-β decay of germanium 
 have been determined within the Thomas–Fermi and relativistic Dirac–Hartree–Fock methods. Using the estimates thus obtained, a two-parameter model of the energy spectrum of β electrons in the neutrinoless mode has been developed including the redistribution of the reaction energy between the decay products. The shift of the total energy of β electrons does not exceed 50 eV with a probability of 90%. However, the mean excitation energy is ~400 eV, i.e., an order of magnitude higher, whereas the standard deviation is ~2900 eV, which is apparently due to a significant contribution from inner electron levels to the energy characteristics of the process. The distortion of the shape of the peak of the 0ν2β decay should be taken into account when analyzing the data of detectors with a resolution of ~100 eV or higher.

About the authors

M. I Krivoruchenko

National Research Center Kurchatov Institude, 123182, Moscow, Russia

Email: mikhail.krivoruchenko@itep.ru

K. S Tyrin

National Research Center Kurchatov Institude, 123182, Moscow, Russia

Email: mikhail.krivoruchenko@itep.ru

F. F Karpeshin

Mendeleev All-Russia Institute for Metrology, 190005, St. Petersburg, Russia

Author for correspondence.
Email: mikhail.krivoruchenko@itep.ru

References

  1. S. Bilenky, Introduction to the Physics of Massive and Mixed Neutrinos, 2nd ed., Lecture Notes in Physics, Springer-Verlag, Berlin (2018), v. 947.
  2. W. Bambynek, H. Behrens, M.H. Chen, B. Crasemann, M. L. Fitzpatrick, K.W.D. Ledingham, H. Genz, M. Mutterer, and R. L. Intemann, Rev. Mod. Phys. 49, 77 (1977).
  3. M. I. Krivoruchenko and K. S. Tyrin, Eur. Phys. J. A 56, 16 (2020).
  4. F. F. Karpeshin, M. B. Trzhaskovskaya, and L. F. Vitushkin, Yad. Fiz. 83, 344 (2020)
  5. Phys. At. Nucl. 83, 608 (2020).
  6. F. F. Karpeshin and M.B. Trzhaskovskaya, Yad. Fiz. 85, 347 (2022)
  7. Phys. At. Nucl. 85, 474 (2022).
  8. F. F. Karpeshin and M.B. Trzhaskovskaya, Phys. Rev. C 107, 045502 (2023).
  9. I. Lindgren, Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 137-140, 59 (2004).
  10. K. Alfonso, D.R. Artusa, F.T. Avignone et al. (CUORE Collaboration), Phys. Rev. Lett. 115, 102502 (2015).
  11. G. Anton, I. Badhrees, P. S. Barbeau et al. (EXO-200 Collaboration), Phys. Rev. Lett. 123, 161802 (2019).
  12. A. Gando, Y. Gando, T. Hachiya et al. (KamLAND-Zen Collaboration), Phys. Rev. Lett. 117, 082503 (2016)
  13. Addendum: Phys. Rev. Lett. 117, 109903 (2016).
  14. R. Arnold, C. Augier, J.D. Baker et al. (NEMO-3 Collaboration), Phys. Rev. D 92, 072011 (2015).
  15. The GERDA Collaboration, Nature 544, 47 (2017).
  16. J.T. Suhonen, Front. Phys. 5, 55 (2017).
  17. F. ˇSimkovic, A. Faessler, V. Rodin, P. Vogel, and J. Engel, Phys. Rev. C 77, 045503 (2008).
  18. C.C. Lu, T.A. Carlson, F.B. Malik, T.C. Tucker, and C.W. Nestor, Jr., At. Data Nucl. Data Tables 3, 1 (1971).
  19. J. P. Desclaux, At. Data Nucl. Data Tables 12, 31l (1973).
  20. E. Clementi and C. Roetti, At. Data Nucl. Data Tables 14, 177 (1974).
  21. K.-N. Huang, M. Aoyagi, M.H. Chen, B. Grasemann, and H. Mark, At. Data Nucl. Data Tables 18, 243 (1976).
  22. K.G. Dyall, I.P. Grant, C.T. Johnson, F.A. Parpia, and E. P. Blummer, Comput. Phys. Commun. 55, 425 (1989).
  23. I.P. Grant, Relativistic Quantum Theory of Atoms and Molecules: Theory and Computation, Springer Science + Business Media, N.Y. (2007).
  24. L.D. Landau and E.M. Lifschitz, Quantum Mechanics: Non-relativistic Theory. Course of Theoretical Physics, 3rd ed., Pergamon, London (1977), v. 3.
  25. A. Kramida and Yu. Ralchenko, J. Reader and NIST ASD Team (2022), NIST Atomic Spectra Database (ver. 5.10), https://physics.nist.gov/asd
  26. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD; DOI: https://doi.org/10.18434/T4W30F
  27. J.C. Mason, Math. Proc. Cambridge Philos. Soc. 84, 357-360 (1964).
  28. I.M. Band, M. B. Trzhaskovskaya, C.W. Nestor Jr., P.O. Tikkanen, and S. Raman, At. Data Nucl. Data Tables 81, 1 (2002).
  29. I.M. Band and M.B. Trzhaskovskaya, At. Data Nucl. Data Tables 35, 1 (1986).
  30. E. L. Feinberg, J. Phys. (USSR) 4, 423 (1941).
  31. A. Мигдал, ЖЭТФ 11, 207 (1941)
  32. A. Migdal, J. Phys. Acad. Sci. USSR 4(1-6), 449 (1941).
  33. Z. Ge, T. Eronen, K. S. Tyrin, J. Kotila et al., Phys. Rev. Lett. 127, 272301 (2021).
  34. В.С. Королюк, Н.И. Портенко, А.В. Скороход, А.Ф. Турбин, Справочник по теории вероятностей и математической статистике, Наука M. (1985), 640 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».