البحث عن اضمحلال بيتا المزدوج من دون نيوترينوات (0νββ) يُعتبر واحدًا من أكثر الطرق حساسية لتحديد طبيعة النيوترينو. ومع ذلك، تعتمد حساسية التجارب المستقبلية بشكل مباشر على دقة العناصر المصفوفية النووية (NME)، التي لا يمكن قياسها مباشرة. تُحسب هذه العناصر ضمن النماذج النووية، وعدم اليقين في هذه الحسابات يحد من تفسير النتائج. اضمحلالات بيتا الممنوعة، خاصة من الدرجة الثانية للمنع مثل 99Tc، أثبتت أنها اختبار صارم لهذه النماذج: أعمار النصف وشكل الطيف يعتمدان بشدة على الدوال الموجية النووية وإعادة التطبيع الفعالة للتيارات الضعيفة. هذا العمل يندرج في سلسلة القياسات الحديثة لأطياف بيتا لنظائر مختلفة، لكنه يستخدم كاشفًا مختلفًا جوهريًا: كاشف سيليكوني انجرافي (SDD) بدلاً من المسعرات الحرارية المبردة. هذا النهج يعد بمرونة تجريبية أكبر وإمكانية القياس المباشر للخلفية.
تم تحضير مصدر 99Tc بطريقة التجفيف بالتسامي: تم وضع قطرة من محلول بيرتكنيتات الأمونيوم على ركيزة سيليكونية، وتجميدها عند -10°C وتجفيفها في الفراغ للحصول على طبقة رقيقة متجانسة دون بلورات كبيرة. كان نشاط المصدر حوالي 10 بيكريل. الكاشف الرئيسي هو كاشف سيليكوني انجرافي (SDD) بسمك 1 مم ومساحة 8×8 مم، مصنوع في FBK. بجانبه وُضع بلورة وميضية من LYSO تحتوي على النظير الطبيعي اللوتيشيوم-176، والذي يعطي عند اضمحلاله خطوط غاما وأشعة سينية بطاقات 55.8 و201.8 و306.8 كيلوإلكترون فولت. تمت قراءة البلورة بواسطة مضاعف ضوئي سيليكوني (SiPM). الأحداث في SDD المتزامنة زمنيًا مع إشارة SiPM استُخدمت لمعايرة مقياس الطاقة؛ الأحداث غير المتزامنة نُسبت إلى اضمحلال بيتا لـ 99Tc. هذا المخطط سمح بمعايرة الكاشف مباشرة أثناء جمع البيانات دون طرح مساهمة مصدر المعايرة من الطيف. استمر القياس ستة أيام في حجرة مفرغة عند ضغط 10^-5 مليبار، وتم تبريد الكاشف إلى -10°C لتقليل تيار التسرب. لأخذ تشوهات الطيف في الاعتبار (الامتصاص الذاتي في المصدر، التشتت الخلفي للإلكترونات، عدم اكتمال جمع الشحنة)، تم بناء محاكاة مفصلة للمنظومة في GEANT4 مع حزمة فيزيائية Penelope المحسّنة للطاقات المنخفضة. تم قياس الخلفية بشكل منفصل عن طريق استبدال الركيزة المحتوية على التكنيشيوم برقاقة سيليكون نظيفة، وتقريبها بنموذج تحليلي.
بعد انتقاء الأحداث بناءً على زمن صعود النبضة (لقمع تأثيرات الحواف)، دخل في التحليل حوالي 180 ألف حدث. كانت كفاءة الانتقاء مستقلة عمليًا عن الطاقة، وهو ما تم تأكيده عبر قمم المعايرة. تمت مقارنة الطيف المقاس مع تنبؤات نماذج مختلفة. أولاً، تم استخدام بيانات MetroBeta التي حُصل عليها بمسعرات حرارية مغناطيسية معدنية كطيف دخل، وتم لفها مع دالة الاستجابة لمنظومتنا. كان التوافق معقولاً، رغم أن قيمة p رسميًا صغيرة (كاي تربيع 477 عند 344 درجة حرية)، مما يشير إلى وجود أخطاء نظامية محتملة غير محسوبة في أحد العملين. ثم قورن مع حسابات ضمن نموذج القشرة الواقعي (RSM) مع مؤثرات اضمحلال «عارية» و«فعالة»، وكذلك مع النموذج الفينومينولوجي BetaShape. كلا نسختي RSM تصفان شكل الطيف أفضل من BetaShape، مع أن الحساب بالمؤثرات «العارية» يعطي توافقًا أفضل في الشكل لكن أسوأ في عمر النصف. هذا يظهر أن شكل الطيف وعمر النصف يعطيان قيودًا متكاملة. التحليل البايزي النهائي مع خمسة معاملات حرة (عوامل كبح التيار المحوري والمتجه، سمك المصدر، سعة الخلفية، قيمة Q) أعطى متوسط عوامل الكبح q_gA = 0.40(1) و q_gV = 0.47(1). تشير هذه القيم إلى كبح كبير لكلا التيارين مقارنة بالمؤثرات «العارية». تنبؤات RSM مع المؤثرات الفعالة تعطي q_gA = 0.81 و q_gV = 0.58، أي أنها تنزاح في الاتجاه الصحيح لكنها لا تعيد إنتاج الكبح المستخرج بالكامل. قيمة Q المحددة في التوافق كانت 291.6(7) كيلوإلكترون فولت، وهي أقل بشكل ملحوظ من قيمة MetroBeta البالغة 295.82(16) كيلوإلكترون فولت. ومع ذلك، فإن إعادة التحليل مع توزيع قبلي غاوسي على قيمة Q من MetroBeta أعطت q_gA = 0.42(1) و q_gV = 0.43(1)، أي أن الاستنتاجات حول كبح التيارات لا تتغير. التوافق النهائي يصف البيانات جيدًا: كاي تربيع 327 عند 340 درجة حرية، وقيمة p حوالي 70%.
النتيجة الرئيسية هي تأكيد مستقل على أنه لوصف اضمحلالات بيتا الممنوعة، من الضروري مراعاة إعادة تطبيع التيارات الضعيفة، وهي كميًا أقوى مما يتنبأ به نموذج القشرة الواقعي الحديث مع المؤثرات الفعالة. هذا يشير إلى عدم اكتمال الوصف النظري الحالي ويعطي مرجعًا لتحسين النماذج. على عكس الأعمال التي تستخدم مسعرات حرارية مبردة حيث يكون المصدر مدمجًا في الكاشف وتُحاكى الخلفية، هنا تم قياس الخلفية مباشرة، وتمت المعايرة دون طرح مساهمة مصدر المعايرة. هذا النهج يقلل من عدم اليقين النظامي المرتبط بنمذجة الخلفية، ويجعل الطريقة جذابة للدراسات النظامية للعديد من النظائر. يُظهر العمل أيضًا أن الكاشفات السيليكونية الانجرافية التي تعمل في درجة حرارة الغرفة يمكن أن تنافس المسعرات الحرارية المبردة في دقة قياس شكل أطياف بيتا.
يمكن توسيع الطريقة لتشمل انتقالات بيتا ممنوعة أخرى، مثل 36Cl و94Nb، كما يخطط تعاون ASPECT-BET. سيسمح ذلك بجمع إحصاءات عبر نوى مختلفة ودرجات منع مختلفة، للكشف عن أنماط نظامية في إعادة تطبيع التيارات الضعيفة. يمكن تحقيق مزيد من التحسين في الدقة من خلال مصادر أرق (لتقليل الامتصاص الذاتي)، وتحسين هندسة الكاشف، وزيادة وقت جمع البيانات. من المهم أيضًا حل الاختلاف في قيمة Q بين هذا القياس وبيانات MetroBeta: قد يشير ذلك إلى تأثيرات نظامية غير محسوبة في إحدى التجربتين. على الصعيد النظري، هناك حاجة إلى حسابات أكثر تطورًا للمؤثرات الفعالة التي تعيد إنتاج الكبح المستخرج دون معاملات توافقية.
تؤثر النتائج مباشرة على تقييم موثوقية العناصر المصفوفية النووية لاضمحلال بيتا المزدوج من دون نيوترينوات للنظير 100Mo، والذي يُعتبر أحد المرشحين الرئيسيين لتجارب الطن المستقبلية (CUPID، AMoRE). الفهم المحسّن لإعادة تطبيع التيارات الضعيفة سيقلل من عدم اليقين النظري في تنبؤات حساسية هذه التجارب.
قياس أطياف اضمحلالات بيتا ممنوعة أخرى (36Cl، 94Nb) بنفس الطريقة ومقارنة عوامل الكبح المستخرجة مع التنبؤات النظرية. إجراء قياس مستقل عالي الدقة لقيمة Q للنظير 99Tc لتوضيح سبب الاختلاف مع MetroBeta.
في الفيزياء النووية، يبقى السؤال مفتوحًا حول حجم وأصل إعادة تطبيع التيارات المحورية والمتجهة في الوسط النووي. تُعرف هذه الظاهرة باسم «الإخماد» (quenching) وتتجلى في التقليل المنهجي للاحتمالات التجريبية لانتقالات بيتا مقارنة بالحسابات على النيوكليونات الحرة. يعطي هذا العمل قيودًا كمية جديدة على الإخماد في حالة انتقال ممنوع من الدرجة الثانية، حيث تكون مساهمة التيار المتجه كبيرة أيضًا، وهو أمر نادر في قنوات أخرى. فهم آلية الإخماد ضروري لحساب موثوق للعناصر المصفوفية النووية ليس فقط لاضمحلال بيتا المزدوج، بل أيضًا للعمليات الضعيفة الأخرى في النوى.
التكنيشيوم-99 هو نظير اصطناعي بعمر نصف يبلغ 211 ألف سنة. يتشكل بكميات كبيرة كمنتج انشطاري لليورانيوم في المفاعلات النووية، وهو أحد النويدات المشعة طويلة العمر الرئيسية في الوقود النووي المستهلك. يضمحل بيتا إلى الروثينيوم-99، وهو مستقر.